JP6375181B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、例えば、半導体基板に形成された半導体素子を備える半導体装置の製造方法に好適に利用できるものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and can be suitably used for, for example, a method for manufacturing a semiconductor device including a semiconductor element formed on a semiconductor substrate.
半導体基板上に例えば不揮発性メモリなどのメモリセルなどが形成されたメモリセル領域と、半導体基板上に例えばMISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)などからなる周辺回路が形成された周辺回路領域とを有する半導体装置が広く用いられている。 A memory cell region in which a memory cell such as a nonvolatile memory is formed on a semiconductor substrate, and a peripheral circuit region in which a peripheral circuit made of, for example, a MISFET (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor) is formed on the semiconductor substrate. The semiconductor device which has is widely used.
例えば不揮発性メモリとして、MONOS(Metal-Oxide-Nitride-Oxide-Semiconductor)膜を用いたスプリットゲート型のメモリセルを形成する場合がある。このとき、メモリセルは、制御ゲート電極を有する制御トランジスタと、メモリゲート電極を有するメモリトランジスタとの2つのMISFETにより形成される。 For example, as a nonvolatile memory, a split gate type memory cell using a MONOS (Metal-Oxide-Nitride-Oxide-Semiconductor) film may be formed. At this time, the memory cell is formed by two MISFETs of a control transistor having a control gate electrode and a memory transistor having a memory gate electrode.
このようなMISFETのゲート電極をドライエッチングにより形成すると、ゲート電極の側面の表面粗さが大きくなり、ゲート長が局所的にばらつくことがある。 When the gate electrode of such a MISFET is formed by dry etching, the surface roughness of the side surface of the gate electrode increases, and the gate length may vary locally.
特開2010−10475号公報(特許文献1)には、半導体装置の製造方法において、活性領域上方にラインエッジラフネスを有するゲート電極を形成し、基板法線方向からゲート電極幅方向に傾けた2方向からの斜めイオン注入により、ラフネスの凹部の一部にはイオン注入を行わない技術が開示されている。 Japanese Patent Laying-Open No. 2010-10475 (Patent Document 1) discloses a method of forming a gate electrode having line edge roughness above an active region and tilting it from the substrate normal direction to the gate electrode width direction in a method for manufacturing a semiconductor device. A technique is disclosed in which ion implantation is not performed on a part of the roughness recess by oblique ion implantation from a direction.
スプリットゲート型のメモリセルにおいては、制御ゲート電極の側面に形成されたサイドウォールスペーサに自己整合して、ソース領域またはドレイン領域のうちの一方が形成され、メモリゲート電極の側面に形成されたサイドウォールスペーサに自己整合して、ソース領域またはドレイン領域のうちの他方が形成される。 In a split gate type memory cell, one of a source region and a drain region is formed in a self-aligned manner with a sidewall spacer formed on the side surface of the control gate electrode, and the side formed on the side surface of the memory gate electrode. The other of the source region and the drain region is formed in self-alignment with the wall spacer.
上記したゲート長の局所的なばらつきに起因してソース領域とドレイン領域との間の距離が短くなった場合、ソース領域およびドレイン領域の各々において、不純物イオンの注入深さが深いため、不純物イオンの拡散によるパンチスルーが、発生しやすい。すなわち、ソース領域とドレイン領域との距離は、実効的なゲート長に等しい。その結果、ソース領域とドレイン領域との距離、すなわち実効的なゲート長が局所的に短くなっている領域では、実効的なゲート長の短縮に伴ってパンチスルーが発生しやすくなるという、いわゆる短チャネル効果が顕著になる。 When the distance between the source region and the drain region is shortened due to the above-described local variation in the gate length, the impurity ions are implanted deep in each of the source region and the drain region. Punch-through due to diffusion is easy to occur. That is, the distance between the source region and the drain region is equal to the effective gate length. As a result, in a region where the distance between the source region and the drain region, that is, the effective gate length is locally shortened, punch-through is likely to occur as the effective gate length is shortened. The channel effect becomes significant.
そのため、複数のメモリセルにそれぞれ含まれる複数の制御トランジスタにおける閾値電圧のばらつきが増大し、複数のメモリセルにそれぞれ含まれる複数のメモリトランジスタにおける閾値電圧のばらつきが増大する。したがって、複数のメモリセルを有する半導体装置において、データを書き込む際に不良が発生し、半導体装置の性能が低下する。 Therefore, the variation in threshold voltage among the plurality of control transistors included in each of the plurality of memory cells increases, and the variation in threshold voltage among the plurality of memory transistors included in each of the plurality of memory cells increases. Therefore, in a semiconductor device having a plurality of memory cells, a defect occurs when data is written, and the performance of the semiconductor device is degraded.
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。 Other problems and novel features will become apparent from the description of the specification and the accompanying drawings.
一実施の形態によれば、半導体装置の製造方法において、半導体基板上に形成された制御ゲート電極およびメモリゲート電極をマスクとして、半導体基板の主面に垂直な第1方向から、n型の第1不純物イオンを注入する。次に、制御ゲート電極のメモリゲート電極側と反対側の側面に第1サイドウォールスペーサを形成し、メモリゲート電極の制御ゲート電極側と反対側の側面に第2サイドウォールスペーサを形成する。次に、制御ゲート電極、メモリゲート電極、第1サイドウォールスペーサおよび第2サイドウォールスペーサをマスクとして、第1方向に対して傾斜した第2方向から、n型の第2不純物イオンを注入する。 According to an embodiment, in a method for manufacturing a semiconductor device, an n-type first semiconductor device is formed from a first direction perpendicular to the main surface of the semiconductor substrate using a control gate electrode and a memory gate electrode formed on the semiconductor substrate as a mask. One impurity ion is implanted. Next, a first sidewall spacer is formed on the side surface of the control gate electrode opposite to the memory gate electrode side, and a second sidewall spacer is formed on the side surface of the memory gate electrode opposite to the control gate electrode side. Next, n-type second impurity ions are implanted from the second direction inclined with respect to the first direction using the control gate electrode, the memory gate electrode, the first sidewall spacer, and the second sidewall spacer as a mask.
一実施の形態によれば、半導体装置の性能を向上させることができる。 According to one embodiment, the performance of a semiconductor device can be improved.
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。 In the following embodiments, when it is necessary for the sake of convenience, the description will be divided into a plurality of sections or embodiments. However, unless otherwise specified, they are not irrelevant to each other. There are some or all of the modifications, details, supplementary explanations, and the like.
また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。 Further, in the following embodiments, when referring to the number of elements (including the number, numerical value, quantity, range, etc.), especially when clearly indicated and when clearly limited to a specific number in principle, etc. Except, it is not limited to the specific number, and may be more or less than the specific number.
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことはいうまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。 Further, in the following embodiments, the constituent elements (including element steps and the like) are not necessarily indispensable unless otherwise specified and apparently essential in principle. Needless to say. Similarly, in the following embodiments, when referring to the shapes, positional relationships, etc. of the components, etc., the shapes are substantially the same unless otherwise specified, or otherwise apparent in principle. And the like are included. The same applies to the above numerical values and ranges.
以下、代表的な実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。 Hereinafter, typical embodiments will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiments, and the repetitive description thereof will be omitted. In the following embodiments, the description of the same or similar parts will not be repeated in principle unless particularly necessary.
さらに、実施の形態で用いる図面においては、断面図であっても図面を見やすくするためにハッチングを省略する場合もある。 Further, in the drawings used in the embodiments, hatching may be omitted even in a cross-sectional view for easy viewing of the drawings.
(実施の形態1)
<半導体装置の構造>
次に、本実施の形態1の半導体装置の構造を、図面を参照して説明する。図1は、実施の形態1の半導体装置が形成される半導体基板および素子領域を示す平面図である。図2〜図4は、実施の形態1の半導体装置の要部平面図である。図5は、実施の形態1の半導体装置の要部断面図である。図6は、実施の形態1の半導体装置におけるメモリセルの等価回路図である。
(Embodiment 1)
<Structure of semiconductor device>
Next, the structure of the semiconductor device according to the first embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a plan view showing a semiconductor substrate and an element region on which the semiconductor device of the first embodiment is formed. 2 to 4 are main part plan views of the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 5 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor device of First Embodiment. FIG. 6 is an equivalent circuit diagram of the memory cell in the semiconductor device of the first embodiment.
なお、図2〜図4では、金属シリサイド層14、絶縁膜15および層間絶縁膜16を除去して透視した状態を示している。また、図5では、メモリセル領域1Aにおける図2のA−A断面に対応した素子構造と、周辺回路領域1Bにおける図3のB−B断面に対応した素子構造とを、合わせて図示している。また、周辺回路領域1Cにおける図4のC−C断面に対応した素子構造は、平面視において、90°回転して配置されている点を除き、周辺回路領域1Bにおける図3のB−B断面に対応した素子構造と同様であるため、図5では、周辺回路領域1Cにおける図4のC−C断面に対応した素子構造の図示を省略する。
2 to 4 show a state in which the
図1に示すように、半導体装置は、半導体基板1を有している。半導体基板1は、例えば1〜10Ωcm程度の比抵抗を有するp型の単結晶シリコンなどからなる半導体ウェハである。半導体基板1は、半導体基板1の主面1aの一部の領域として、複数の素子領域CHPを有する。なお、半導体基板1の主面1aにそれぞれ平行な2つの方向であって、互いに交差、好適には直交する2つの方向を、X軸方向およびY軸方向とする。
As shown in FIG. 1, the semiconductor device has a
図1に示すように、各素子領域CHPにおいて、半導体装置は、半導体基板1の主面1aの一部の領域として、メモリセル領域1Aならびに周辺回路領域1Bおよび1Cを有している。図2に示すように、メモリセル領域1AにはメモリセルMCAおよびMCBが形成され、図3および図4に示すように、周辺回路領域1Bおよび1CにはMISFETQ1がそれぞれ形成されている。ここで、周辺回路とは、不揮発性メモリ以外の回路であり、例えばCPU(Central Processing Unit)などのプロセッサ、制御回路、センスアンプ、カラムデコーダ、ロウデコーダ、入出力回路などである。周辺回路領域1Bおよび1Cの各々に形成されるMISFETQ1は、周辺回路用のMISFETである。
As shown in FIG. 1, in each element region CHP, the semiconductor device has a
なお、図1、図3および図4に示すように、周辺回路領域1Bでは、ゲート電極GE1は、平面視において、Y軸方向に延在するが、周辺回路領域1Cでは、ゲート電極GE1は、平面視において、X軸方向に延在する。
As shown in FIGS. 1, 3 and 4, in the
次に、図2および図5を参照し、メモリセル領域1Aに形成されたメモリセルMCAおよびMCBの構成を具体的に説明する。
Next, the configuration of the memory cells MCA and MCB formed in the
メモリセル領域1Aにおいて、半導体装置は、活性領域AR1および活性領域AR2と素子分離領域IR1とを有している。活性領域AR1および活性領域AR2は、半導体基板1の主面1aにそれぞれ形成され、半導体基板1の主面1a内において、X軸方向にそれぞれ延在している。活性領域AR1および活性領域AR2は、半導体基板1の主面1a内において、Y軸方向に沿って間隔を空けて配置されている。
In
半導体基板1の主面1a側であって、活性領域AR1と活性領域AR2との間には、素子分離領域IR1が形成されている。素子分離領域IR1は、半導体基板1の主面1a内において、X軸方向に延在しており、活性領域AR1と活性領域AR2との間に形成されている。素子分離領域IR1は、素子を分離するためのものであり、素子分離領域IR1には、素子分離膜2が形成されている。
An element isolation region IR1 is formed on the
なお、図2に示すように、Y軸方向に沿っては、活性領域AR1と活性領域AR2とが間隔を空けて配置されているが、活性領域AR1と活性領域AR2とが全体として繋がって一つの活性領域となっていてもよい。つまり、半導体基板1の主面1a内において、一つの活性領域の一部の領域に、X軸方向に延在する素子分離領域IR1が形成されることで、活性領域AR1と活性領域AR2とが、Y軸方向に沿って間隔を空けて配置されるようになっていてもよい。
As shown in FIG. 2, the active region AR1 and the active region AR2 are spaced apart from each other along the Y-axis direction, but the active region AR1 and the active region AR2 are connected as a whole. There may be two active regions. That is, in the
活性領域AR1および活性領域AR2は、素子分離領域IR1により規定すなわち区画されている。また、図5に示すように、活性領域AR1には、p型ウェルPW1が形成され、図示は省略するが、活性領域AR2にも、活性領域AR1と同様に、p型ウェルPW1が形成されている。すなわち、活性領域AR1および活性領域AR2は、p型ウェルPW1が形成された領域である。p型ウェルPW1は、p型の導電型を有する。 The active region AR1 and the active region AR2 are defined or divided by the element isolation region IR1. As shown in FIG. 5, a p-type well PW1 is formed in the active region AR1, and although not shown, a p-type well PW1 is formed in the active region AR2 as well as the active region AR1. Yes. That is, the active region AR1 and the active region AR2 are regions where the p-type well PW1 is formed. The p-type well PW1 has a p-type conductivity type.
このようにして、図2のY軸方向には、複数の活性領域と複数の素子分離領域とが、交互に配置されて活性領域の列を形成しており、また、この活性領域の列が図2のX軸方向に複数配置されている。 In this way, in the Y-axis direction of FIG. 2, a plurality of active regions and a plurality of element isolation regions are alternately arranged to form a column of active regions. A plurality are arranged in the X-axis direction of FIG.
活性領域AR1では、p型ウェルPW1に、不揮発性メモリとしての2つのメモリセルMCAおよびMCBが形成されている。メモリセルMCAおよびMCBの各々は、スプリットゲート型のメモリセルである。 In the active region AR1, two memory cells MCA and MCB as nonvolatile memories are formed in the p-type well PW1. Each of the memory cells MCA and MCB is a split gate type memory cell.
図5に示すように、メモリセルMCAは、制御ゲート電極CGAを有する制御トランジスタCTAと、制御トランジスタCTAに接続され、メモリゲート電極MGAを有するメモリトランジスタMTAと、を有している。また、メモリセルMCBは、制御ゲート電極CGBを有する制御トランジスタCTBと、制御トランジスタCTBに接続され、メモリゲート電極MGBを有するメモリトランジスタMTBと、を有している。2つのメモリセルMCAおよびMCBは、ドレイン領域として機能する半導体領域MDを共有している。 As shown in FIG. 5, the memory cell MCA has a control transistor CTA having a control gate electrode CGA, and a memory transistor MTA connected to the control transistor CTA and having a memory gate electrode MGA. The memory cell MCB includes a control transistor CTB having a control gate electrode CGB and a memory transistor MTB connected to the control transistor CTB and having a memory gate electrode MGB. The two memory cells MCA and MCB share a semiconductor region MD that functions as a drain region.
図2に示すように、活性領域AR2上にも、活性領域AR1上と同様に、2つのメモリセルMCAおよびMCBが形成されている。図示は省略するが、活性領域AR2でも、活性領域AR1と同様に、2つのメモリセルMCAおよびMCBは、ドレイン領域として機能する半導体領域MDを共有している。このようにして、メモリセルMCAおよびMCBはY軸方向に複数配置され、メモリセル列を形成している。また、Y軸方向に配列した複数のメモリセルMCAおよび複数のメモリセルMCBからなるメモリセル列は、図2のX軸方向に複数配置されている。このようにして、複数のメモリセルが、平面視において、X軸方向およびY軸方向に配列したアレイ状に形成されている。 As shown in FIG. 2, two memory cells MCA and MCB are formed on the active region AR2 as well as on the active region AR1. Although illustration is omitted, in the active region AR2, as in the active region AR1, the two memory cells MCA and MCB share the semiconductor region MD that functions as a drain region. In this way, a plurality of memory cells MCA and MCB are arranged in the Y-axis direction to form a memory cell column. In addition, a plurality of memory cell columns including a plurality of memory cells MCA and a plurality of memory cells MCB arranged in the Y-axis direction are arranged in the X-axis direction of FIG. In this way, the plurality of memory cells are formed in an array arranged in the X-axis direction and the Y-axis direction in plan view.
なお、本願明細書において、平面視において、とは、半導体基板1の主面1aに垂直な方向から視た場合を意味する。なお、前述した、半導体基板1の主面1a内において、という場合にも、半導体基板1の主面1aに垂直な方向から視た場合を意味する。
In the specification of the present application, in a plan view, it means a case where the
図2および図5に示すように、メモリセルMCAとメモリセルMCBとは、ドレイン領域として機能する半導体領域MDを挟んでほぼ対称に配置されている。メモリセルMCAとメモリセルMCBとは、図2のX軸方向に沿って並んで配置されている。 As shown in FIGS. 2 and 5, the memory cell MCA and the memory cell MCB are arranged substantially symmetrically with a semiconductor region MD functioning as a drain region interposed therebetween. The memory cell MCA and the memory cell MCB are arranged side by side along the X-axis direction in FIG.
メモリセルMCAは、n型の半導体領域MSと、n型の半導体領域MDと、制御ゲート電極CGAと、メモリゲート電極MGAと、を有している。n型の半導体領域MSと、n型の半導体領域MDとは、p型の導電型とは反対の導電型であるn型の導電型を有する。また、メモリセルMCAは、制御ゲート電極CGAと半導体基板1との間に形成されたゲート絶縁膜GI1Aと、メモリゲート電極MGAと半導体基板1との間、および、メモリゲート電極MGAと制御ゲート電極CGAとの間に形成されたゲート絶縁膜GI2Aと、を有している。すなわち、ゲート絶縁膜GI1A、制御ゲート電極CGA、メモリゲート電極MGAおよびゲート絶縁膜GI2Aにより、メモリセルMCAが形成されている。
The memory cell MCA has an n-type semiconductor region MS, an n-type semiconductor region MD, a control gate electrode CGA, and a memory gate electrode MGA. The n-type semiconductor region MS and the n-type semiconductor region MD have an n-type conductivity type that is a conductivity type opposite to the p-type conductivity type. The memory cell MCA includes a gate insulating film GI1A formed between the control gate electrode CGA and the
なお、メモリセルMCAは、制御ゲート電極CGA上に形成されたキャップ絶縁膜を有していてもよい。 The memory cell MCA may have a cap insulating film formed on the control gate electrode CGA.
メモリセルMCBは、n型の半導体領域MSと、n型の半導体領域MDと、制御ゲート電極CGBと、メモリゲート電極MGBと、を有している。n型の半導体領域MSと、n型の半導体領域MDとは、p型の導電型とは反対の導電型であるn型の導電型を有する。また、メモリセルMCBは、制御ゲート電極CGBと半導体基板1との間に形成されたゲート絶縁膜GI1Bと、メモリゲート電極MGBと半導体基板1との間、および、メモリゲート電極MGBと制御ゲート電極CGBとの間に形成されたゲート絶縁膜GI2Bと、を有している。すなわち、ゲート絶縁膜GI1B、制御ゲート電極CGB、メモリゲート電極MGBおよびゲート絶縁膜GI2Bにより、メモリセルMCBが形成されている。
The memory cell MCB has an n-type semiconductor region MS, an n-type semiconductor region MD, a control gate electrode CGB, and a memory gate electrode MGB. The n-type semiconductor region MS and the n-type semiconductor region MD have an n-type conductivity type that is a conductivity type opposite to the p-type conductivity type. The memory cell MCB includes a gate insulating film GI1B formed between the control gate electrode CGB and the
なお、メモリセルMCBは、制御ゲート電極CGB上に形成されたキャップ絶縁膜を有していてもよい。 Note that the memory cell MCB may have a cap insulating film formed over the control gate electrode CGB.
メモリセルMCAでは、制御ゲート電極CGAおよびメモリゲート電極MGAは、それらの互いに対向する側面すなわち側壁の間にゲート絶縁膜GI2Aを介した状態で、半導体基板1の主面1aに沿って延在し、並んで配置されている。制御ゲート電極CGAおよびメモリゲート電極MGAの延在方向は、図2のY軸方向である。
In the memory cell MCA, the control gate electrode CGA and the memory gate electrode MGA extend along the
メモリセルMCBでは、制御ゲート電極CGBおよびメモリゲート電極MGBは、それらの互いに対向する側面すなわち側壁の間にゲート絶縁膜GI2Bを介した状態で、半導体基板1の主面1aに沿って延在し、並んで配置されている。制御ゲート電極CGBおよびメモリゲート電極MGBの延在方向は、図2のY軸方向である。
In the memory cell MCB, the control gate electrode CGB and the memory gate electrode MGB extend along the
制御ゲート電極CGA、メモリゲート電極MGAおよびゲート絶縁膜GI2Aは、活性領域AR1上、素子分離領域IR1上および活性領域AR2上を通って、Y軸方向に沿ってそれぞれ延在するように、形成されている。また、制御ゲート電極CGB、メモリゲート電極MGBおよびゲート絶縁膜GI2Bは、活性領域AR1上、素子分離領域IR1上および活性領域AR2上を通って、Y軸方向に沿ってそれぞれ延在するように、形成されている。 The control gate electrode CGA, the memory gate electrode MGA, and the gate insulating film GI2A are formed to extend along the Y-axis direction through the active region AR1, the element isolation region IR1, and the active region AR2, respectively. ing. In addition, the control gate electrode CGB, the memory gate electrode MGB, and the gate insulating film GI2B extend along the Y-axis direction through the active region AR1, the element isolation region IR1, and the active region AR2, respectively. Is formed.
なお、図2のX軸方向は、制御ゲート電極CGA、メモリゲート電極MGA、制御ゲート電極CGBおよびメモリゲート電極MGBの各々のゲート長方向である。また、図2のY軸方向は、制御ゲート電極CGA、メモリゲート電極MGA、制御ゲート電極CGBおよびメモリゲート電極MGBの各々のゲート幅方向である。 2 is the gate length direction of each of the control gate electrode CGA, the memory gate electrode MGA, the control gate electrode CGB, and the memory gate electrode MGB. 2 is the gate width direction of each of the control gate electrode CGA, the memory gate electrode MGA, the control gate electrode CGB, and the memory gate electrode MGB.
制御ゲート電極CGAは、半導体領域MDと半導体領域MSとの間のp型ウェルPW1上に、すなわち半導体基板1上に、ゲート絶縁膜GI1Aを介して形成されている。そして、メモリゲート電極MGAは、半導体領域MDと半導体領域MSとの間のp型ウェルPW1上に、すなわち半導体基板1上に、ゲート絶縁膜GI2Aを介して形成されている。また、半導体領域MS側にメモリゲート電極MGAが配置され、半導体領域MD側に制御ゲート電極CGAが配置されている。制御ゲート電極CGAおよびメモリゲート電極MGAは、メモリセルMCAすなわち不揮発性メモリを構成するゲート電極である。
The control gate electrode CGA is formed on the p-type well PW1 between the semiconductor region MD and the semiconductor region MS, that is, on the
制御ゲート電極CGBは、半導体領域MDと半導体領域MSとの間のp型ウェルPW1上に、すなわち半導体基板1上に、ゲート絶縁膜GI1Bを介して形成されている。そして、メモリゲート電極MGBは、半導体領域MDと半導体領域MSとの間のp型ウェルPW1上に、すなわち半導体基板1上に、ゲート絶縁膜GI2Bを介して形成されている。また、半導体領域MS側にメモリゲート電極MGBが配置され、半導体領域MD側に制御ゲート電極CGBが配置されている。制御ゲート電極CGBおよびメモリゲート電極MGBは、メモリセルMCBすなわち不揮発性メモリを構成するゲート電極である。
The control gate electrode CGB is formed on the p-type well PW1 between the semiconductor region MD and the semiconductor region MS, that is, on the
制御ゲート電極CGAとメモリゲート電極MGAとは、間にゲート絶縁膜GI2Aを介在させて互いに隣り合っており、メモリゲート電極MGAは、制御ゲート電極CGAの側面に、ゲート絶縁膜GI2Aを介してサイドウォールスペーサ状に形成されている。また、ゲート絶縁膜GI2Aは、メモリゲート電極MGAと半導体基板1のp型ウェルPW1の間の領域と、メモリゲート電極MGAと制御ゲート電極CGAとの間の領域の、両領域にわたって形成されている。
The control gate electrode CGA and the memory gate electrode MGA are adjacent to each other with the gate insulating film GI2A interposed therebetween, and the memory gate electrode MGA is disposed on the side surface of the control gate electrode CGA via the gate insulating film GI2A. It is formed in a wall spacer shape. Further, the gate insulating film GI2A is formed over both the region between the memory gate electrode MGA and the p-type well PW1 of the
制御ゲート電極CGBとメモリゲート電極MGBとは、間にゲート絶縁膜GI2Bを介在させて互いに隣り合っており、メモリゲート電極MGBは、制御ゲート電極CGBの側面に、ゲート絶縁膜GI2Bを介してサイドウォールスペーサ状に形成されている。また、ゲート絶縁膜GI2Bは、メモリゲート電極MGBと半導体基板1のp型ウェルPW1の間の領域と、メモリゲート電極MGBと制御ゲート電極CGBとの間の領域の、両領域にわたって形成されている。
The control gate electrode CGB and the memory gate electrode MGB are adjacent to each other with the gate insulating film GI2B interposed therebetween, and the memory gate electrode MGB is disposed on the side surface of the control gate electrode CGB via the gate insulating film GI2B. It is formed in a wall spacer shape. Further, the gate insulating film GI2B is formed over both the region between the memory gate electrode MGB and the p-type well PW1 of the
なお、電極の側面に形成されているとは、その電極の側面よりも外側方に形成されていることを意味する。 In addition, being formed on the side surface of the electrode means forming on the outer side than the side surface of the electrode.
メモリゲート電極MGAは、半導体基板1の主面1a上であって、制御ゲート電極CGAを挟んで制御ゲート電極CGBと反対側に配置されている。また、メモリゲート電極MGBは、半導体基板1の主面1a上であって、制御ゲート電極CGBを挟んで制御ゲート電極CGAと反対側に配置されている。
The memory gate electrode MGA is disposed on the
制御ゲート電極CGAとp型ウェルPW1との間に形成されたゲート絶縁膜GI1Aが、制御トランジスタCTAのゲート絶縁膜として機能し、メモリゲート電極MGAとp型ウェルPW1との間のゲート絶縁膜GI2Aが、メモリトランジスタMTAのゲート絶縁膜として機能する。 The gate insulating film GI1A formed between the control gate electrode CGA and the p-type well PW1 functions as the gate insulating film of the control transistor CTA, and the gate insulating film GI2A between the memory gate electrode MGA and the p-type well PW1. Functions as a gate insulating film of the memory transistor MTA.
制御ゲート電極CGBとp型ウェルPW1との間に形成されたゲート絶縁膜GI1Bが、制御トランジスタCTBのゲート絶縁膜として機能し、メモリゲート電極MGBとp型ウェルPW1との間のゲート絶縁膜GI2Bが、メモリトランジスタMTBのゲート絶縁膜として機能する。 The gate insulating film GI1B formed between the control gate electrode CGB and the p-type well PW1 functions as the gate insulating film of the control transistor CTB, and the gate insulating film GI2B between the memory gate electrode MGB and the p-type well PW1. However, it functions as a gate insulating film of the memory transistor MTB.
ゲート絶縁膜GI1Aおよびゲート絶縁膜GI1Bは、絶縁膜3からなる。絶縁膜3は、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜または酸窒化シリコン膜などの絶縁膜からなり、好適には、窒化シリコン膜よりも高い比誘電率を有する高誘電率膜、すなわちいわゆるHigh−k膜からなる。なお、本願において、High−k膜または高誘電率膜というときは、窒化シリコン膜よりも誘電率(比誘電率)が高い膜を意味する。絶縁膜3が高誘電率膜であるときは、絶縁膜3として、例えば、酸化ハフニウム膜、酸化ジルコニウム膜、酸化アルミニウム膜、酸化タンタル膜または酸化ランタン膜などの金属酸化物膜を用いることができる。
The gate insulating film GI1A and the gate insulating film GI1B are made of the insulating
メモリゲート電極MGAとp型ウェルPW1との間のゲート絶縁膜GI2A、および、メモリゲート電極MGBとp型ウェルPW1との間のゲート絶縁膜GI2Bは、メモリトランジスタのゲート絶縁膜として機能する。一方、メモリゲート電極MGAと制御ゲート電極CGAとの間のゲート絶縁膜GI2Aは、メモリゲート電極MGAと制御ゲート電極CGAとの間を絶縁すなわち電気的に分離するための絶縁膜として機能する。また、メモリゲート電極MGBと制御ゲート電極CGBとの間のゲート絶縁膜GI2Bは、メモリゲート電極MGBと制御ゲート電極CGBとの間を絶縁すなわち電気的に分離するための絶縁膜として機能する。 The gate insulating film GI2A between the memory gate electrode MGA and the p-type well PW1 and the gate insulating film GI2B between the memory gate electrode MGB and the p-type well PW1 function as a gate insulating film of the memory transistor. On the other hand, the gate insulating film GI2A between the memory gate electrode MGA and the control gate electrode CGA functions as an insulating film for insulating, that is, electrically separating, the memory gate electrode MGA and the control gate electrode CGA. The gate insulating film GI2B between the memory gate electrode MGB and the control gate electrode CGB functions as an insulating film for insulating, that is, electrically separating, the memory gate electrode MGB and the control gate electrode CGB.
ゲート絶縁膜GI2Aおよびゲート絶縁膜GI2Bは、絶縁膜5からなる。絶縁膜5は、例えば、酸化シリコン膜5aと、酸化シリコン膜5a上の電荷蓄積部としての窒化シリコン膜5bと、窒化シリコン膜5b上の酸化シリコン膜5cとを含む積層膜である。
The gate insulating film GI2A and the gate insulating film GI2B are made of the insulating
絶縁膜5のうち、窒化シリコン膜5bは、電荷を蓄積するための絶縁膜であり、電荷蓄積部として機能する。すなわち、窒化シリコン膜5bは、絶縁膜5中に形成されたトラップ性絶縁膜である。このため、絶縁膜5は、その内部に電荷蓄積部を有する絶縁膜とみなすことができる。
Of the insulating
窒化シリコン膜5bの上下に位置する酸化シリコン膜5cおよび酸化シリコン膜5aは、電荷を閉じ込める電荷ブロック層として機能する。窒化シリコン膜5bを酸化シリコン膜5cおよび酸化シリコン膜5aで挟んだ構造とすることで、窒化シリコン膜5bへの電荷の蓄積が可能となる。酸化シリコン膜5a、窒化シリコン膜5bおよび酸化シリコン膜5cは、MONOS膜の一部としてのONO(Oxide-Nitride-Oxide)膜とみなすことができる。
The
制御ゲート電極CGAおよびCGBの各々は、例えばn型不純物を導入した多結晶シリコン膜であるn型ポリシリコン膜などの導電膜4からなる。また、メモリゲート電極MGAおよびMGBの各々は、例えばn型不純物を導入した多結晶シリコン膜であるn型ポリシリコン膜などの導電膜6からなる。
Each of the control gate electrodes CGA and CGB is made of a
メモリゲート電極MGAは、半導体基板1上に制御ゲート電極CGAを覆うように形成された、例えばシリコン膜からなる導電膜6を、異方性エッチングすなわちエッチバックすることにより、形成されている。そして、メモリゲート電極MGAは、制御ゲート電極CGAの制御ゲート電極CGB側と反対側の側面SS2Aに、ゲート絶縁膜GI2Aを介して導電膜6を残すことにより、形成されている。このため、メモリゲート電極MGAは、制御ゲート電極CGAの側面SS2Aに、ゲート絶縁膜GI2Aを介してサイドウォールスペーサ状に形成されている。
The memory gate electrode MGA is formed by anisotropically etching, that is, etching back, the
メモリゲート電極MGBは、半導体基板1上に制御ゲート電極CGBを覆うように形成された、例えばシリコン膜からなる導電膜6を、異方性エッチングすなわちエッチバックすることにより、形成されている。そして、メモリゲート電極MGBは、制御ゲート電極CGBの制御ゲート電極CGA側と反対側の側面SS2Bに、ゲート絶縁膜GI2Bを介して導電膜6を残すことにより、形成されている。このため、メモリゲート電極MGBは、制御ゲート電極CGBの側面SS2Bに、ゲート絶縁膜GI2Bを介してサイドウォールスペーサ状に形成されている。
The memory gate electrode MGB is formed by anisotropically etching, that is, etching back, the
制御ゲート電極CGAのメモリゲート電極MGA側と反対側の側面SS1Aには、サイドウォールスペーサSW1Aが形成され、メモリゲート電極MGAの制御ゲート電極CGA側と反対側の側面SS2Aには、サイドウォールスペーサSW2Aが形成されている。また、制御ゲート電極CGBのメモリゲート電極MGB側と反対側の側面SS1Bには、サイドウォールスペーサSW1Bが形成され、メモリゲート電極MGBの制御ゲート電極CGB側と反対側の側面SS2Bには、サイドウォールスペーサSW2Bが形成されている。サイドウォールスペーサSW1A、SW1B、SW2AおよびSW2Bの各々は、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜またはそれらの積層膜などの絶縁膜13からなる。
A side wall spacer SW1A is formed on the side surface SS1A of the control gate electrode CGA opposite to the memory gate electrode MGA side, and a side wall spacer SW2A is formed on the side surface SS2A of the memory gate electrode MGA opposite to the control gate electrode CGA side. Is formed. A side wall spacer SW1B is formed on the side surface SS1B of the control gate electrode CGB opposite to the memory gate electrode MGB side, and a side wall SS2B of the memory gate electrode MGB opposite to the control gate electrode CGB side is formed on the side wall SS2B. Spacer SW2B is formed. Each of the sidewall spacers SW1A, SW1B, SW2A, and SW2B is made of an insulating
なお、制御ゲート電極CGAとサイドウォールスペーサSW1Aとの間、および、メモリゲート電極MGAとサイドウォールスペーサSW2Aとの間には、図示しない側壁絶縁膜が介在していてもよい。また、制御ゲート電極CGBとサイドウォールスペーサSW1Bとの間、および、メモリゲート電極MGBとサイドウォールスペーサSW2Bとの間には、図示しない側壁絶縁膜が介在していてもよい。 A sidewall insulating film (not shown) may be interposed between the control gate electrode CGA and the side wall spacer SW1A and between the memory gate electrode MGA and the side wall spacer SW2A. A sidewall insulating film (not shown) may be interposed between the control gate electrode CGB and the sidewall spacer SW1B and between the memory gate electrode MGB and the sidewall spacer SW2B.
半導体領域MSは、ソース領域およびドレイン領域の一方として機能する半導体領域であり、半導体領域MDは、ソース領域およびドレイン領域の他方として機能する半導体領域である。ここでは、半導体領域MSは、例えばソース領域として機能する半導体領域であり、半導体領域MDは、例えばドレイン領域として機能する半導体領域である。半導体領域MSおよび半導体領域MDの各々は、n型の不純物が導入された半導体領域からなり、それぞれLDD(Lightly doped drain)構造を備えている。 The semiconductor region MS is a semiconductor region that functions as one of a source region and a drain region, and the semiconductor region MD is a semiconductor region that functions as the other of the source region and the drain region. Here, the semiconductor region MS is a semiconductor region that functions as a source region, for example, and the semiconductor region MD is a semiconductor region that functions as a drain region, for example. Each of the semiconductor region MS and the semiconductor region MD includes a semiconductor region into which an n-type impurity is introduced, and has an LDD (Lightly doped drain) structure.
ドレイン用の半導体領域MDは、低濃度拡散層としてのn−型半導体領域11aと、n−型半導体領域11aよりも高い不純物濃度を有する高濃度拡散層としてのn+型半導体領域12aと、を有している。メモリセルMCAのソース用の半導体領域MSは、低濃度拡散層としてのn−型半導体領域11bと、n−型半導体領域11bよりも高い不純物濃度を有する高濃度拡散層としてのn+型半導体領域12bと、を有している。また、メモリセルMCBのソース用の半導体領域MSは、低濃度拡散層としてのn−型半導体領域11cと、n−型半導体領域11cよりも高い不純物濃度を有する高濃度拡散層としてのn+型半導体領域12cと、を有している。n+型半導体領域12aは、n−型半導体領域11aよりも接合深さが深く、かつ、不純物濃度が高い。n+型半導体領域12bは、n−型半導体領域11bよりも接合深さが深く、かつ、不純物濃度が高い。また、n+型半導体領域12cは、n−型半導体領域11cよりも接合深さが深く、かつ、不純物濃度が高い。
The drain semiconductor region MD includes an n −
ドレイン領域としての2つのn−型半導体領域11aのうち、一方は、制御ゲート電極CGAのメモリゲート電極MGA側と反対側の側面SS1Aに対して自己整合的に形成され、他方は、制御ゲート電極CGBのメモリゲート電極MGB側と反対側の側面SS1Bに対して自己整合的に形成されている。すなわち、2つのn−型半導体領域11aのうち、一方は、制御ゲート電極CGAを挟んでメモリゲート電極MGAと反対側に位置する部分のp型ウェルPW1の上層部に形成され、他方は、制御ゲート電極CGBを挟んでメモリゲート電極MGBと反対側に位置する部分のp型ウェルPW1の上層部に形成されている。
One of the two n − -
また、ドレイン領域としてのn+型半導体領域12aは、制御ゲート電極CGAの側面SS1Aに形成されたサイドウォールスペーサSW1Aの側面に対して自己整合的に形成され、かつ、制御ゲート電極CGBの側面SS1Bに形成されたサイドウォールスペーサSW1Bの側面に対して自己整合的に形成されている。すなわち、n+型半導体領域12aは、サイドウォールスペーサSW1Aを挟んで制御ゲート電極CGAと反対側に位置し、かつ、サイドウォールスペーサSW1Bを挟んで制御ゲート電極CGBと反対側に位置する部分のp型ウェルPW1の上層部に形成されている。
The n +
このため、2つの低濃度のn−型半導体領域11aのうち、一方は、制御ゲート電極CGAの側面SS1Aに形成されたサイドウォールスペーサSW1Aの下に形成され、他方は、制御ゲート電極CGBの側面SS1Bに形成されたサイドウォールスペーサSW1Bの下に形成されている。また、高濃度のn+型半導体領域12aは、制御ゲート電極CGA側、および、制御ゲート電極CGB側に形成された2つの低濃度のn−型半導体領域11aの間に形成されている。つまり、メモリセルMCAの制御トランジスタCTAと、メモリセルMCBの制御トランジスタCTBとは、高濃度のn+型半導体領域12aを共有している。
Therefore, one of the two low-concentration n −
メモリゲート電極MGA下のゲート絶縁膜GI2Aの下には、メモリトランジスタMTAのチャネル領域が形成され、制御ゲート電極CGA下のゲート絶縁膜GI1Aの下には、制御トランジスタCTAのチャネル領域が形成されている。また、メモリゲート電極MGB下のゲート絶縁膜GI2Bの下には、メモリトランジスタMTBのチャネル領域が形成され、制御ゲート電極CGB下のゲート絶縁膜GI1Bの下には、制御トランジスタCTBのチャネル領域が形成されている。 A channel region of the memory transistor MTA is formed under the gate insulating film GI2A under the memory gate electrode MGA, and a channel region of the control transistor CTA is formed under the gate insulating film GI1A under the control gate electrode CGA. Yes. The channel region of the memory transistor MTB is formed under the gate insulating film GI2B under the memory gate electrode MGB, and the channel region of the control transistor CTB is formed under the gate insulating film GI1B under the control gate electrode CGB. Has been.
したがって、2つの低濃度のn−型半導体領域11aのうち、一方は、制御トランジスタCTAのチャネル領域に隣接するように形成され、他方は、制御トランジスタCTBのチャネル領域に隣接するように形成されている。また、高濃度のn+型半導体領域12aは、2つの低濃度のn−型半導体領域11aのいずれにも接触し、制御トランジスタCTAのチャネル領域からもn−型半導体領域11aの分だけ離間するように形成され、制御トランジスタCTBのチャネル領域からもn−型半導体領域11aの分だけ離間するように形成されている。
Therefore, one of the two low-concentration n −
メモリセルMCAでは、ソース領域としてのn−型半導体領域11bは、メモリゲート電極MGAの制御ゲート電極CGA側と反対側の側面SS2Aに対して自己整合的に形成されている。また、メモリセルMCBでは、ソース領域としてのn−型半導体領域11cは、メモリゲート電極MGBの制御ゲート電極CGB側と反対側の側面SS2Bに対して自己整合的に形成されている。すなわち、n−型半導体領域11bは、メモリゲート電極MGAを挟んで制御ゲート電極CGAと反対側に位置する部分のp型ウェルPW1の上層部に形成され、n−型半導体領域11cは、メモリゲート電極MGBを挟んで制御ゲート電極CGBと反対側に位置する部分のp型ウェルPW1の上層部に形成されている。
In the memory cell MCA, the n −
メモリセルMCAでは、ソース領域としてのn+型半導体領域12bは、メモリゲート電極MGAの側面SS2Aに形成されたサイドウォールスペーサSW2Aの側面に対して自己整合的に形成されている。また、メモリセルMCBでは、ソース領域としてのn+型半導体領域12cは、メモリゲート電極MGBの側面SS2Bに形成されたサイドウォールスペーサSW2Bの側面に対して自己整合的に形成されている。すなわち、n−型半導体領域12bは、サイドウォールスペーサSW2Aを挟んでメモリゲート電極MGAと反対側に位置する部分のp型ウェルPW1の上層部に形成されている。また、n−型半導体領域11cは、サイドウォールスペーサSW2Bを挟んでメモリゲート電極MGBと反対側に位置する部分のp型ウェルPW1の上層部に形成されている。
In the memory cell MCA, the n +
このため、低濃度のn−型半導体領域11bは、メモリゲート電極MGAの側面SS2Aに形成されたサイドウォールスペーサSW2Aの下に形成され、低濃度のn−型半導体領域11cは、メモリゲート電極MGBの側面SS2Bに形成されたサイドウォールスペーサSW2Bの下に形成されている。また、高濃度のn+型半導体領域12bは、低濃度のn−型半導体領域11bの外側に形成され、高濃度のn+型半導体領域12cは、低濃度のn−型半導体領域11cの外側に形成されている。
Therefore, the low concentration n −
したがって、低濃度のn−型半導体領域11bは、メモリトランジスタMTAのチャネル領域に隣接するように形成され、高濃度のn+型半導体領域12bは、低濃度のn−型半導体領域11bに接触し、メモリトランジスタMTAのチャネル領域からn−型半導体領域11bの分だけ離間するように形成されている。また、低濃度のn−型半導体領域11cは、メモリトランジスタMTBのチャネル領域に隣接するように形成され、高濃度のn+型半導体領域12cは、低濃度のn−型半導体領域11cに接触し、メモリトランジスタMTBのチャネル領域からn−型半導体領域11cの分だけ離間するように形成されている。
Therefore, the low concentration n −
n+型半導体領域12a、12bおよび12cの各々の上、すなわちn+型半導体領域12a、12bおよび12cの各々の上面には、サリサイド(Salicide:Self Aligned Silicide)技術などにより、金属シリサイド層14が形成されている。金属シリサイド層14は、例えばコバルトシリサイド層、ニッケルシリサイド層、または、プラチナ添加ニッケルシリサイド層などからなる。金属シリサイド層14により、拡散抵抗やコンタクト抵抗を低抵抗化することができる。
n + -
また、金属シリサイド層14は、制御ゲート電極CGA、制御ゲート電極CGB、メモリゲート電極MGAおよびメモリゲート電極MGBのいずれかの上面の全部または一部に形成されていてもよい。
The
次に、図3および図5を参照し、周辺回路領域1Bに形成されたMISFETQ1の構成を具体的に説明する。
Next, the configuration of the MISFET Q1 formed in the
周辺回路領域1Bにおいて、半導体装置は、活性領域AR3と素子分離領域IR2とを有している。素子分離領域IR2は、素子を分離するためのものであり、素子分離領域IR2には、素子分離膜2が形成されている。活性領域AR3は、素子分離領域IR2により規定、すなわち区画され、素子分離領域IR2により他の活性領域と電気的に分離されており、活性領域AR3には、p型ウェルPW2が形成されている。すなわち、活性領域AR3は、p型ウェルPW2が形成された領域である。p型ウェルPW2は、p型の導電型を有する。
In the
図5に示すように、周辺回路領域1Bのp型ウェルPW2には、MISFETQ1が形成されている。周辺回路領域1Bには、実際には複数のMISFETQ1が形成され、図5には、そのうちの1つのMISFETQ1のゲート幅方向に垂直な断面が示されている。
As shown in FIG. 5, a MISFET Q1 is formed in the p-type well PW2 in the
図5に示すように、MISFETQ1は、n−型半導体領域11dおよびn+型半導体領域12dからなる半導体領域と、n−型半導体領域11eおよびn+型半導体領域12eからなる半導体領域と、p型ウェルPW2上に形成されたゲート絶縁膜GI3と、ゲート絶縁膜GI3上に形成されたゲート電極GE1と、を有している。n−型半導体領域11dおよび11e、ならびに、n+型半導体領域12dおよび12eの各々は、p型の導電型とは反対の導電型であるn型の導電型を有する。
As shown in FIG. 5, the MISFET Q1 includes a semiconductor region composed of an n −
ゲート絶縁膜GI3は、絶縁膜3からなる。ゲート絶縁膜GI3は、MISFETQ1のゲート絶縁膜として機能する。絶縁膜3として、メモリセルMCAおよびMCBの絶縁膜3と同層に形成された絶縁膜を用いることができる。
The gate insulating film GI3 is made of the insulating
ゲート電極GE1は、導電膜4からなる。導電膜4として、メモリセルMCAおよびMCBの導電膜4と同層に形成された導電膜を用いることができる。
The gate electrode GE1 is made of the
ゲート電極GE1のX軸方向における一方の側の側面SS3Aには、サイドウォールスペーサSW3Aが形成され、ゲート電極GE1のX軸方向における一方の側と反対側の側面SS3Bには、サイドウォールスペーサSW3Bが形成されている。サイドウォールスペーサSW3AおよびSW3Bの各々は、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜またはそれらの積層膜などの絶縁膜13からなる。
A side wall spacer SW3A is formed on one side surface SS3A in the X-axis direction of the gate electrode GE1, and a side wall spacer SW3B is formed on the side surface SS3B opposite to one side in the X-axis direction of the gate electrode GE1. Is formed. Each of the sidewall spacers SW3A and SW3B is made of an insulating
n−型半導体領域11dおよびn+型半導体領域12dからなる半導体領域は、ソース領域およびドレイン領域の一方として機能する半導体領域であり、n−型半導体領域11eおよびn+型半導体領域12eからなる半導体領域は、ソース領域およびドレイン領域の他方として機能する半導体領域である。n−型半導体領域11dおよびn+型半導体領域12dからなる半導体領域、ならびに、n−型半導体領域11eおよびn+型半導体領域12eからなる半導体領域の各々は、メモリセルMCAおよびMCBの半導体領域MSおよびMDと同様に、LDD構造を備えている。n+型半導体領域12dは、n−型半導体領域11dよりも接合深さが深く、かつ、不純物濃度が高く、n+型半導体領域12eは、n−型半導体領域11eよりも接合深さが深く、かつ、不純物濃度が高い。
The semiconductor region composed of the n −
n−型半導体領域11dは、ゲート電極GE1の一方の側との側面SS3Aに対して自己整合的に形成され、n−型半導体領域11eは、ゲート電極GE1の一方の側と反対側の側面SS3Bに対して自己整合的に形成されている。すなわち、n−型半導体領域11dは、ゲート電極GE1のX軸方向における一方の側に位置する部分のp型ウェルPW2の上層部に形成され、n−型半導体領域11eは、ゲート電極GE1のX軸方向における一方の側と反対側に位置する部分のp型ウェルPW2の上層部に形成されている。
The n −
また、n+型半導体領域12dは、ゲート電極GE1の側面SS3Aに形成されたサイドウォールスペーサSW3Aの側面に対して自己整合的に形成され、n+型半導体領域12eは、ゲート電極GE1の側面SS3Bに形成されたサイドウォールスペーサSW3Bの側面に対して自己整合的に形成されている。すなわち、n+型半導体領域12dは、サイドウォールスペーサSW3Aを挟んでゲート電極GE1と反対側に位置する部分のp型ウェルPW2の上層部に形成され、n+型半導体領域12eは、サイドウォールスペーサSW3Bを挟んでゲート電極GE1と反対側に位置する部分のp型ウェルPW2の上層部に形成されている。
The n +
このため、低濃度のn−型半導体領域11dは、ゲート電極GE1の側面SS3Aに形成されたサイドウォールスペーサSW3Aの下に形成され、低濃度のn−型半導体領域11eは、ゲート電極GE1の側面SS3Bに形成されたサイドウォールスペーサSW3Bの下に形成されている。また、高濃度のn+型半導体領域12dは、低濃度のn−型半導体領域11dの外側に形成され、高濃度のn+型半導体領域12eは、低濃度のn−型半導体領域11eの外側に形成されている。
Therefore, the low concentration n −
ゲート電極GE1の下には、MISFETQ1のチャネル領域が形成されている。したがって、低濃度のn−型半導体領域11dは、MISFETQ1のチャネル領域に隣接するように形成され、高濃度のn+型半導体領域12dは、低濃度のn−型半導体領域11dに接触し、MISFETQ1のチャネル領域からn−型半導体領域11dの分だけ離間するように形成されている。また、低濃度のn−型半導体領域11eは、MISFETQ1のチャネル領域に隣接するように形成され、高濃度のn+型半導体領域12eは、低濃度のn−型半導体領域11eに接触し、MISFETQ1のチャネル領域からn−型半導体領域11eの分だけ離間するように形成されている。
A channel region of the MISFET Q1 is formed under the gate electrode GE1. Therefore, the low concentration n −
n+型半導体領域12dおよび12eの各々の上、すなわちn+型半導体領域12dおよび12eの各々の上面には、メモリセルMCAおよびMCBにおけるn+型半導体領域12a、12bおよび12cの各々の上と同様に、サリサイド技術などにより、金属シリサイド層14が形成されている。なお、金属シリサイド層14は、ゲート電極GE1上に形成されていてもよい。
on each of the n + -
次に、メモリセル領域1Aに形成されたメモリセルMCAおよびMCBの各々の上の構成、ならびに、周辺回路領域1Bに形成されたMISFETQ1上の構成を、具体的に説明する。
Next, the configuration on each of the memory cells MCA and MCB formed in the
半導体基板1上には、制御ゲート電極CGAおよびCGB、メモリゲート電極MGAおよびMGB、ゲート電極GE1、ならびに、サイドウォールスペーサSW1A、SW1BSW2A、SW2B、SW3AおよびSW3Bを覆うように、絶縁膜15が形成されている。絶縁膜15は、例えば窒化シリコン膜などからなる。
An insulating
絶縁膜15上には、層間絶縁膜16が形成されている。層間絶縁膜16は、酸化シリコン膜の単体膜、あるいは、窒化シリコン膜と酸化シリコン膜との積層膜などからなる。層間絶縁膜16の上面は平坦化されている。
On the insulating
メモリセル領域1Aでは、層間絶縁膜16にはコンタクトホールが形成され、そのコンタクトホール内に、導体膜からなるプラグPG1が埋め込まれている。また、周辺回路領域1Bでは、層間絶縁膜16にはコンタクトホールが形成され、そのコンタクトホール内に、導体膜からなるプラグPG3が埋め込まれている。なお、図2に示すように、活性領域AR2上では、プラグPG2が形成されている。
In the
プラグPG1およびPG3の各々は、コンタクトホールの底部、および、側壁上すなわち側面上に形成された薄いバリア導体膜と、このバリア導体膜上にコンタクトホールを埋め込むように形成された主導体膜と、により形成されている。図5では、図面の簡略化のために、プラグPG1およびPG3の各々を構成するバリア導体膜および主導体膜を一体化して示す。なお、プラグPG1およびPG3を構成するバリア導体膜は、例えば、チタン(Ti)膜、窒化チタン(TiN)膜、またはそれらの積層膜とすることができ、プラグPG1およびPG3を構成する主導体膜は、タングステン(W)膜とすることができる。 Each of plugs PG1 and PG3 includes a thin barrier conductor film formed on the bottom and side walls of the contact hole, that is, on the side surface, and a main conductor film formed so as to bury the contact hole on the barrier conductor film, It is formed by. In FIG. 5, for simplification of the drawing, the barrier conductor film and the main conductor film constituting each of the plugs PG1 and PG3 are shown integrally. The barrier conductor film constituting the plugs PG1 and PG3 can be, for example, a titanium (Ti) film, a titanium nitride (TiN) film, or a laminated film thereof, and the main conductor film constituting the plugs PG1 and PG3. Can be a tungsten (W) film.
プラグPG1は、n+型半導体領域12a、12bおよび12c、制御ゲート電極CGAおよびCGB、ならびに、メモリゲート電極MGAおよびMGBの各々の上に形成されている。そして、プラグPG1は、n+型半導体領域12a、12bおよび12c、制御ゲート電極CGAおよびCGB、ならびに、メモリゲート電極MGAおよびMGBの各々と、電気的に接続されている。また、プラグPG3は、n+型半導体領域12dおよび12e、ならびに、ゲート電極GE1の各々の上に形成され、n+型半導体領域12dおよび12e、ならびに、ゲート電極GE1の各々と、電気的に接続されている。
Plug PG1 is formed on each of n +
プラグPG1およびPG3が埋め込まれた層間絶縁膜16上には、例えば銅(Cu)を主導電材料とする埋込配線としてのダマシン配線として、第1層目の配線が形成され、その第1層目の配線上には、ダマシン配線として、上層の配線も形成されているが、ここではその図示および説明は省略する。また、第1層目の配線およびそれよりも上層の配線は、ダマシン配線に限定されず、配線用の導電膜をパターニングして形成することもでき、例えばタングステン(W)配線またはアルミニウム(Al)配線などとすることもできる。
On the
次に、メモリセル領域1Aに形成されたメモリセルMCAおよびMCBを代表してメモリセルMCAの動作を説明する。しかし、メモリセルMCBもメモリセルMCAの回路構成と同様の回路構成を有するため、メモリセルMCBの動作も、メモリセルMCAの動作と同様である。
Next, the operation of the memory cell MCA will be described on behalf of the memory cells MCA and MCB formed in the
図7は、「書込」、「消去」および「読出」時におけるメモリセルの各部位への電圧の印加条件の一例を示す表である。図7の表には、「書込」、「消去」および「読出」時のそれぞれにおいて、メモリゲート電極MGAに印加される電圧Vmg、半導体領域MSに印加される電圧Vs、制御ゲート電極CGAに印加される電圧Vcg、および、半導体領域MDに印加される電圧Vdが記載されている。また、図7の表には、「書込」、「消去」および「読出」時のそれぞれにおいて、p型ウェルPW1に印加される電圧Vbが記載されている。なお、図7の表に示したものは電圧の印加条件の好適な一例であり、これに限定されるものではなく、必要に応じて種々変更可能である。 FIG. 7 is a table showing an example of voltage application conditions to each part of the memory cell during “write”, “erase”, and “read”. In the table of FIG. 7, the voltage Vmg applied to the memory gate electrode MGA, the voltage Vs applied to the semiconductor region MS, and the control gate electrode CGA at each of “write”, “erase”, and “read”. The applied voltage Vcg and the voltage Vd applied to the semiconductor region MD are described. Further, the table of FIG. 7 describes the voltage Vb applied to the p-type well PW1 at the time of “write”, “erase”, and “read”. The table shown in FIG. 7 is a preferred example of the voltage application condition, and is not limited to this, and various changes can be made as necessary.
本実施の形態1では、メモリトランジスタの絶縁膜5中の電荷蓄積部である窒化シリコン膜5bへの電子の注入を「書込」と定義し、ホール、すなわち正孔の注入を「消去」と定義する。さらに、電源電圧Vddを1.5Vとする。
In the first embodiment, the injection of electrons into the
書き込み方式は、いわゆるソースサイド注入(Source Side Injection:SSI)方式と呼ばれるホットエレクトロン書き込みを用いることができる。例えば図7の「書込」の欄に示すような電圧を、書き込みを行うメモリセルMCAの各部位に印加し、メモリセルMCAのゲート絶縁膜GI2A中の窒化シリコン膜5b中に電子を注入する。ホットエレクトロンは、主としてメモリゲート電極MGA下にゲート絶縁膜GI2Aを介して位置する部分のチャネル領域で発生し、ゲート絶縁膜GI2A中の電荷蓄積部である窒化シリコン膜5bに注入される。注入されたホットエレクトロンは、ゲート絶縁膜GI2A中の窒化シリコン膜5b中のトラップ準位に捕獲され、その結果、メモリトランジスタの閾値電圧(Vth)が上昇する。
As a writing method, hot electron writing called a so-called source side injection (SSI) method can be used. For example, a voltage as shown in the “write” column of FIG. 7 is applied to each part of the memory cell MCA to be written, and electrons are injected into the
消去方法は、バンド間トンネル(Band-To-Band Tunneling:BTBT)現象によるホットホール注入消去方式を用いることができる。つまり、BTBT現象により発生したホール、すなわち正孔を電荷蓄積部、すなわちゲート絶縁膜GI2A中の窒化シリコン膜5bに注入することにより消去を行う。例えば図7の「消去」の欄に示すような電圧を、消去を行うメモリセルMCAの各部位に印加し、BTBT現象によりホールを発生させ電界加速することでメモリセルMCAのゲート絶縁膜GI2A中の窒化シリコン膜5b中にホールを注入し、それによってメモリトランジスタの閾値電圧を低下させる。
As an erasing method, a hot hole injection erasing method based on a band-to-band tunneling (BTBT) phenomenon can be used. That is, erasing is performed by injecting holes generated by the BTBT phenomenon, that is, holes into the charge storage portion, that is, the
消去方法は、直接トンネル現象を利用したホール注入による消去方式も用いることができる。つまり、直接トンネル現象によりホールを電荷蓄積部、すなわちゲート絶縁膜GI2A中の窒化シリコン膜5bに注入することにより消去を行う。図7の「消去」の欄では図示を省略するが、メモリゲート電極MGAに印加される電圧Vmgを、例えば正の電圧である12Vとし、p型ウェルPW1に印加される電圧Vbを、例えば0Vとする。これにより、メモリゲート電極MGA側からホールが、酸化シリコン膜5cを介して直接トンネル現象により電荷蓄積部、すなわち窒化シリコン膜5bに注入され、窒化シリコン膜5b中の電子を相殺することにより消去が行われる。あるいは、窒化シリコン膜5bに注入されたホールが窒化シリコン膜5b中のトラップ準位に捕獲されることにより消去が行われる。これによりメモリトランジスタの閾値電圧が低下し、消去状態となる。このような消去方法を用いた場合には、BTBT現象による消去方法を用いた場合と比較し、消費電流を低減することができる。
As an erasing method, an erasing method by hole injection using direct tunneling can also be used. That is, erasing is performed by injecting holes into the charge storage portion, that is, the
読出し時には、例えば図7の「読出」の欄に示すような電圧を、読出しを行うメモリセルMCAの各部位に印加する。読出し時のメモリゲート電極MGAに印加する電圧Vmgを、書き込み状態におけるメモリトランジスタの閾値電圧と消去状態におけるメモリトランジスタの閾値電圧との間の値にすることで、書き込み状態と消去状態とを判別することができる。 At the time of reading, for example, a voltage as shown in the column “Reading” in FIG. 7 is applied to each part of the memory cell MCA to be read. The voltage Vmg applied to the memory gate electrode MGA at the time of reading is set to a value between the threshold voltage of the memory transistor in the writing state and the threshold voltage of the memory transistor in the erasing state, thereby discriminating between the writing state and the erasing state. be able to.
<半導体装置の製造方法>
次に、本実施の形態1の半導体装置の製造方法について説明する。図8〜図10は、実施の形態1の半導体装置の製造工程の一部を示すプロセスフロー図である。図11〜図23および図27は、実施の形態1の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。図24は、実施の形態1の半導体装置の製造工程中の要部平面図である。図25および図26は、不純物イオンを注入する方向を説明するための図である。
<Method for Manufacturing Semiconductor Device>
Next, a method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment will be described. 8 to 10 are process flowcharts showing a part of the manufacturing process of the semiconductor device of the first embodiment. FIGS. 11 to 23 and 27 are cross-sectional views of relevant parts in the manufacturing process of the semiconductor device of the first embodiment. FIG. 24 is a fragmentary plan view of the semiconductor device of First Embodiment during the manufacturing process thereof. 25 and 26 are diagrams for explaining the direction in which impurity ions are implanted.
図10は、図9のステップS13に含まれる工程を示す。図11〜図23および図27では、メモリセル領域1Aにおける図2のA−A断面に対応した素子構造と、周辺回路領域1Bにおける図3のB−B断面に対応した素子構造とを、合わせて図示している。また、周辺回路領域1Cにおける図4のC−C断面に対応した素子構造は、平面視において、90°回転して配置されている点を除き、周辺回路領域1Bにおける図3のB−B断面に対応した素子構造と同様であるため、図11〜図23および図27では、周辺回路領域1Cにおける図4のC−C断面に対応した素子構造の図示を省略する。
FIG. 10 shows the steps included in step S13 of FIG. 11 to 23 and 27, the element structure corresponding to the AA cross section of FIG. 2 in the
また、本実施の形態1においては、メモリセル領域1Aに、nチャネル型の制御トランジスタCTAおよびCTBならびにメモリトランジスタMTAおよびMTBを形成する場合について説明する。しかし、導電型を逆にしてpチャネル型の制御トランジスタCTAおよびCTBならびにメモリトランジスタMTAおよびMTBをメモリセル領域1Aに形成することもできる。同様に、本実施の形態1においては、周辺回路領域1Bにnチャネル型のMISFETQ1を形成する場合について説明する。しかし、導電型を逆にしてpチャネル型のMISFETQ1を周辺回路領域1Bに形成することもでき、また、周辺回路領域1BにCMISFET(Complementary MISFET)などを形成することもできる。
In the first embodiment, a case where n-channel control transistors CTA and CTB and memory transistors MTA and MTB are formed in the
図11に示すように、まず、例えば1〜10Ωcm程度の比抵抗を有するp型の単結晶シリコンなどからなる半導体ウェハとしての半導体基板1を用意、すなわち準備する(図8のステップS1)。
As shown in FIG. 11, first, a
次に、図11に示すように、半導体基板1の主面1aのメモリセル領域1Aにおいて、活性領域AR1を区画する素子分離領域IR1となり、半導体基板1の主面1a側の周辺回路領域1Bにおいて、活性領域AR3を区画する素子分離領域IR2となる、素子分離膜2を形成する(図8のステップS2)。素子分離膜2は、酸化シリコンなどの絶縁体からなり、例えばSTI(Shallow Trench Isolation)法またはLOCOS(Local Oxidization of Silicon)法などにより形成することができる。例えば、素子分離領域IR1およびIR2に素子分離用の溝を形成した後、この素子分離用の溝内に、例えば酸化シリコンからなる絶縁膜を埋め込むことで、素子分離膜2を形成することができる。
Next, as shown in FIG. 11, in the
なお、図11では、メモリセル領域1Aにおける素子分離領域IR1および素子分離膜2の図示を省略するが、メモリセル領域1Aにおける素子分離領域IR1および素子分離膜2は、図2に示したように形成することができる。
In FIG. 11, the element isolation region IR1 and the
次に、図11に示すように、メモリセル領域1Aで活性領域AR1にp型ウェルPW1を形成し、周辺回路領域1Bで活性領域AR3にp型ウェルPW2を形成する(図8のステップS3)。p型ウェルPW1およびPW2は、例えばホウ素(B)などのp型の不純物を、半導体基板1に、イオン注入法などで導入することにより、形成することができる。p型ウェルPW1およびPW2は、半導体基板1の主面1aから所定の深さにわたって形成される。
Next, as shown in FIG. 11, a p-type well PW1 is formed in the active region AR1 in the
なお、周辺回路領域1Bでp型ウェルPW2を形成する際に、周辺回路領域1Cでもp型ウェルPW2が形成される。そのため、ステップS1〜ステップS3を行うことにより、メモリセル領域1Aで主面1aに形成されたp型ウェルPW1と、周辺回路領域1Bで主面1aに形成されたp型ウェルPW2と、周辺回路領域1Cで主面1aに形成されたp型ウェルPW2と、を有する半導体基板1を用意することになる。
Note that when the p-type well PW2 is formed in the
次に、例えばフッ酸(HF)水溶液を用いたウェットエッチングなどにより半導体基板1の表面の自然酸化膜を除去し、半導体基板1の表面を洗浄することによって、半導体基板1の表面を清浄化する。これにより、半導体基板1の表面、すなわちp型ウェルPW1およびPW2の表面が露出される。
Next, the natural oxide film on the surface of the
次に、図12に示すように、半導体基板1の主面1a全面に、絶縁膜3および導電膜4を形成する(図4のステップS4)。
Next, as shown in FIG. 12, the insulating
このステップS4では、まず、図12に示すように、メモリセル領域1Aおよび周辺回路領域1Bで、半導体基板1の主面1aに、絶縁膜3を形成する。前述したように、絶縁膜3として、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜もしくは酸窒化シリコン膜、またはHigh−k膜、すなわち高誘電率膜を用いることができ、絶縁膜3として使用可能な材料例は、前述した通りである。また、絶縁膜3を、熱酸化法、スパッタリング法、原子層堆積(Atomic Layer Deposition:ALD)法または化学的気相成長(Chemical Vapor Deposition:CVD)法などを用いて形成することができる。
In step S4, first, as shown in FIG. 12, the insulating
このステップS4では、次に、図12に示すように、メモリセル領域1Aおよび周辺回路領域1Bで、絶縁膜3上に、シリコンからなる導電膜4を形成する。
In this step S4, next, as shown in FIG. 12, a
好適には、導電膜4は、多結晶シリコン膜、すなわちポリシリコン膜からなる。このような導電膜4を、CVD法などを用いて形成することができる。導電膜4の膜厚を、絶縁膜3を覆うように十分な程度の厚さとすることができる。また、成膜時は導電膜4をアモルファスシリコン膜として成膜してから、その後の熱処理でアモルファスシリコン膜を多結晶シリコン膜とすることもできる。
Preferably, the
導電膜4として、例えばリン(P)またはヒ素(As)などのn型の不純物またはホウ素(B)などのp型の不純物を導入して低抵抗率としたものを用いることが、好ましい。不純物は、導電膜4の成膜時または成膜後に導入することができる。導電膜4の成膜時に不純物を導入する場合には、導電膜4の成膜用のガスにドーピングガスを含ませることで、不純物が導入された導電膜4を成膜することができる。一方、シリコン膜の成膜後に不純物を導入する場合には、意図的には不純物を導入せずにシリコン膜を成膜した後に、このシリコン膜に不純物をイオン注入法などで導入することで、不純物が導入された導電膜4を形成することができる。
It is preferable to use a
なお、導電膜4を形成した後、導電膜4をパターニング(後述する図8のステップS5)する前に、導電膜4上に、キャップ絶縁膜用の絶縁膜を形成してもよい。
Note that an insulating film for a cap insulating film may be formed on the
次に、図12に示すように、導電膜4をパターニングする(図8のステップS5)。このステップS5では、例えばフォトリソグラフィおよびエッチングを用いて、導電膜4を、パターニングする。
Next, as shown in FIG. 12, the
まず、導電膜4上にレジスト膜(図示せず)を形成する。次いで、メモリセル領域1Aのうち、制御ゲート電極CGAおよびCGBを形成する予定の領域以外の領域で、レジスト膜を貫通して導電膜4に達する開口部を形成し、開口部が形成されたレジスト膜からなるレジストパターン(図示せず)を形成する。このとき、メモリセル領域1Aのうち、制御ゲート電極CGAおよびCGBを形成する予定の領域に配置された部分の導電膜4、ならびに、周辺回路領域1Bに配置された部分の導電膜4は、レジスト膜に覆われている。
First, a resist film (not shown) is formed on the
次いで、レジストパターンをエッチングマスクとして用いて、導電膜4を、例えばドライエッチングなどによりエッチングしてパターニングする。
Next, using the resist pattern as an etching mask, the
これにより、メモリセル領域1Aで、導電膜4からなる制御ゲート電極CGAが形成され、制御ゲート電極CGAと半導体基板1のp型ウェルPW1との間の絶縁膜3からなるゲート絶縁膜GI1Aが形成される。言い換えれば、制御ゲート電極CGAは、メモリセル領域1Aで、p型ウェルPW1上、すなわち半導体基板1の主面1a上に、ゲート絶縁膜GI1Aを介して形成される。
Thereby, the control gate electrode CGA made of the
また、メモリセル領域1Aで、導電膜4からなる制御ゲート電極CGBが形成され、制御ゲート電極CGBと半導体基板1のp型ウェルPW1との間の絶縁膜3からなるゲート絶縁膜GI1Bが形成される。言い換えれば、制御ゲート電極CGBは、メモリセル領域1Aで、p型ウェルPW1上、すなわち半導体基板1の主面1a上に、ゲート絶縁膜GI1Bを介して形成される。
In addition, a control gate electrode CGB made of the
一方、周辺回路領域1Bでは、導電膜4が残される。その後、レジストパターン、すなわちレジスト膜を除去する。
On the other hand, the
このとき、図2に示したように、制御ゲート電極CGAおよびCGBの各々は、平面視において、活性領域AR1上、素子分離領域IR1上および活性領域AR2上を通って、Y軸方向にそれぞれ延在する。 At this time, as shown in FIG. 2, each of the control gate electrodes CGA and CGB extends in the Y-axis direction through the active region AR1, the element isolation region IR1, and the active region AR2 in plan view. Exists.
なお、メモリセル領域1Aにおいて、制御ゲート電極CGAおよびCGBのいずれにも覆われていない部分の絶縁膜3は、ステップS5のドライエッチングを行うことによって、または、ステップS5のドライエッチングの後にウェットエッチングを行うことによって、除去され得る。そして、メモリセル領域1Aのうち、制御ゲート電極CGAおよびCGBのいずれも形成されていない部分では、半導体基板1のp型ウェルPW1が露出する。
In the
次に、図13に示すように、半導体基板1の主面1a全面に、メモリトランジスタMTAのゲート絶縁膜GI2A(後述する図15参照)用、および、メモリトランジスタMTBのゲート絶縁膜GI2B(後述する図15参照)用の、絶縁膜5を形成する(図8のステップS6)。
Next, as shown in FIG. 13, over the
このステップS6において、メモリセル領域1Aでは、露出した部分の半導体基板1の主面1a、制御ゲート電極CGAの上面および側面、ならびに、制御ゲート電極CGBの上面および側面に、絶縁膜5が形成される。また、周辺回路領域1Bに残された部分の導電膜4の上面に、絶縁膜5が形成される。すなわち、ステップS6において、絶縁膜5は、半導体基板1の主面1a、制御ゲート電極CGAおよびCGBの表面、ならびに、周辺回路領域1Bに残された部分の導電膜4の表面を覆うように、形成される。
In this step S6, in the
絶縁膜5は、前述したように、内部に電荷蓄積部を有する絶縁膜であり、絶縁膜として、下から順に形成された酸化シリコン膜5a、窒化シリコン膜5bおよび酸化シリコン膜5cの積層膜からなる。
As described above, the insulating
絶縁膜5のうち、酸化シリコン膜5aを、例えば熱酸化法またはISSG酸化法などにより形成することができる。また、絶縁膜5のうち、窒化シリコン膜5bを、例えばCVD法により形成することができる。さらに、絶縁膜5のうち、酸化シリコン膜5cを、例えばCVD法またはISSG(In Situ Steam Generation)酸化法により形成することができる。
Of the insulating
まず、露出した部分の半導体基板1の主面1aと、制御ゲート電極CGAの上面および側面と、制御ゲート電極CGBの上面および側面と、周辺回路領域1Bに残された部分の導電膜4の上面および側面とに、例えば熱酸化法またはISSG酸化法により酸化シリコン膜5aを形成する。このとき、露出した部分の半導体基板1の主面1a、制御ゲート電極CGAの上面および側面、制御ゲート電極CGBの上面および側面、ならびに、周辺回路領域1Bに残された部分の導電膜4の上面が、酸化される。酸化シリコン膜5aの厚みは、例えば4nm程度とすることができる。
First, the exposed
他の形態として、酸化シリコン膜5aをALD(Atomic Layer Deposition)法で形成することもできる。このとき、露出した部分の半導体基板1の主面1a、制御ゲート電極CGAの上面および側面、制御ゲート電極CGBの上面および側面、ならびに、周辺回路領域1Bに残された部分の導電膜4の上面に酸化シリコンが成長する。
As another form, the
次に、酸化シリコン膜5a上に窒化シリコン膜5bを例えばCVD法で形成し、さらに窒化シリコン膜5b上に酸化シリコン膜5cを例えばCVD法、ISSG酸化法またはその両方で形成する。これにより、酸化シリコン膜5a、窒化シリコン膜5bおよび酸化シリコン膜5cの積層膜からなる絶縁膜5を形成することができる。
Next, a
メモリセル領域1Aに形成された絶縁膜5は、メモリゲート電極MGAおよびMGB(後述する図14参照)の各々のゲート絶縁膜として機能し、電荷保持機能を有する。絶縁膜5は、電荷蓄積部としての窒化シリコン膜5bを、電荷ブロック層としての酸化シリコン膜5aと酸化シリコン膜5cとで挟んだ構造を有している。そして、酸化シリコン膜5aおよび5cからなる電荷ブロック層のポテンシャル障壁高さが、窒化シリコン膜5bからなる電荷蓄積部のポテンシャル障壁高さに比べ、高くなる。
The insulating
なお、本実施の形態1においては、トラップ準位を有する絶縁膜として、窒化シリコン膜5bを用いるが、窒化シリコン膜5bを用いた場合、信頼性の面で好適である。しかし、トラップ準位を有する絶縁膜としては、窒化シリコン膜に限定されず、例えば酸化アルミニウム(アルミナ)膜、酸化ハフニウム膜または酸化タンタル膜など、窒化シリコン膜よりも高い誘電率を有する高誘電率膜を用いることができる。
In the first embodiment, the
次に、図13に示すように、半導体基板1の主面1a全面に、すなわち絶縁膜5上に、シリコンからなる導電膜6を形成する(図8のステップS7)。
Next, as shown in FIG. 13, a
好適には、導電膜6は、例えば多結晶シリコン膜、すなわちポリシリコン膜からなる。このような導電膜6を、CVD法などを用いて形成することができる。また、成膜時は導電膜6をアモルファスシリコン膜として成膜してから、その後の熱処理でアモルファスシリコン膜を多結晶シリコン膜とすることもできる。
Preferably, the
導電膜6として、例えばリン(P)もしくはヒ素(As)などのn型の不純物、または、ホウ素(B)などのp型の不純物を導入して低抵抗率としたものを用いることが、好ましい。不純物は、導電膜6の成膜時または成膜後に導入することができる。導電膜6の成膜後のイオン注入で導電膜6に不純物を導入することもできるが、導電膜6の成膜時に導電膜6に不純物を導入することもできる。導電膜6の成膜時に不純物を導入する場合には、導電膜6の成膜用のガスにドーピングガスを含ませることで、不純物が導入された導電膜6を成膜することができる。
As the
次に、図14に示すように、異方性エッチング技術により導電膜6をエッチバックして、メモリゲート電極MGAおよびMGBを形成する(図8のステップS8)。
Next, as shown in FIG. 14, the
このステップS8では、導電膜6の膜厚の分だけ導電膜6をエッチバックすることにより、制御ゲート電極CGAの両側面に、絶縁膜5を介して導電膜6をサイドウォールスペーサ状に残し、制御ゲート電極CGBの両側面に、絶縁膜5を介して導電膜6をサイドウォールスペーサ状に残す。そして、他の領域の導電膜6を除去する。
In this step S8, the
これにより、図14に示すように、メモリセル領域1Aにおいて、制御ゲート電極CGAのX軸方向における一方の側、すなわち制御ゲート電極CGB側と反対側の側面SS0Aに、絶縁膜5を介してサイドウォールスペーサ状に残された導電膜6からなる、メモリゲート電極MGAが形成される。また、制御ゲート電極CGAの制御ゲート電極CGB側の側面SS1Aに、絶縁膜5を介してサイドウォールスペーサ状に残された導電膜6からなる、スペーサSP1が形成される。
As a result, as shown in FIG. 14, in the
また、メモリセル領域1Aにおいて、制御ゲート電極CGBのX軸方向における一方の側、すなわち制御ゲート電極CGA側と反対側の側面SS0Bに、絶縁膜5を介してサイドウォールスペーサ状に残された導電膜6からなる、メモリゲート電極MGBが形成される。また、制御ゲート電極CGBの制御ゲート電極CGA側の側面SS1Bに、絶縁膜5を介してサイドウォールスペーサ状に残された導電膜6からなる、スペーサSP1が形成される。
Further, in the
メモリゲート電極MGAは、絶縁膜5上に、絶縁膜5を介して制御ゲート電極CGAと隣り合うように形成される。メモリゲート電極MGAとスペーサSP1とは、制御ゲート電極CGAを挟んでほぼ対称な構造を有している。メモリゲート電極MGAと半導体基板1のp型ウェルPW1との間、および、メモリゲート電極MGAと制御ゲート電極CGAとの間には、絶縁膜5が介在しており、このメモリゲート電極MGAは、絶縁膜5に接触した導電膜6からなる。
The memory gate electrode MGA is formed on the insulating
メモリゲート電極MGBは、絶縁膜5上に、絶縁膜5を介して制御ゲート電極CGBと隣り合うように形成される。メモリゲート電極MGBとスペーサSP1とは、制御ゲート電極CGBを挟んでほぼ対称な構造を有している。メモリゲート電極MGBと半導体基板1のp型ウェルPW1との間、および、メモリゲート電極MGBと制御ゲート電極CGBとの間には、絶縁膜5が介在しており、このメモリゲート電極MGBは、絶縁膜5に接触した導電膜6からなる。
The memory gate electrode MGB is formed on the insulating
ステップS8のエッチバック工程を行った段階で、絶縁膜5のうち、メモリゲート電極MGAおよびMGB、ならびに、スペーサSP1のいずれにも覆われていない部分が、露出する。すなわち、メモリゲート電極MGAおよびMGB、ならびに、スペーサSP1のいずれにも覆われていない部分の絶縁膜5が、露出する。メモリゲート電極MGA下の絶縁膜5が、メモリトランジスタMTAのゲート絶縁膜GI2A(後述する図15参照)となり、メモリゲート電極MGB下の絶縁膜5が、メモリトランジスタMTBのゲート絶縁膜GI2B(後述する図15参照)となる。また、ステップS7にて形成される導電膜6の膜厚を調整することで、メモリゲート長を調整することができる。
At the stage where the etch back process of step S8 is performed, a portion of the insulating
次に、図15に示すように、スペーサSP1および絶縁膜5を除去する(図8のステップS9)。
Next, as shown in FIG. 15, the spacer SP1 and the insulating
このステップS9では、まず、フォトリソグラフィを用いて、メモリゲート電極MGAおよびMGBが覆われ、かつ、スペーサSP1が露出されるようなレジストパターン(図示せず)を半導体基板1上に形成する。そして、形成されたレジストパターンをエッチングマスクとしたドライエッチングにより、スペーサSP1を除去する。一方、メモリゲート電極MGAおよびMGBは、レジストパターンで覆われていたので、エッチングされずに残される。その後、このレジストパターンを除去する。
In this step S9, first, a resist pattern (not shown) that covers the memory gate electrodes MGA and MGB and exposes the spacer SP1 is formed on the
このステップS9では、次に、メモリゲート電極MGAおよびMGBのいずれにも覆われていない部分の絶縁膜5を、例えばウェットエッチングなどのエッチングによって除去する。この際、メモリセル領域1Aにおいて、メモリゲート電極MGAとp型ウェルPW1との間、および、メモリゲート電極MGAと制御ゲート電極CGAとの間に位置する絶縁膜5は、除去されずに残される。また、メモリセル領域1Aにおいて、メモリゲート電極MGBとp型ウェルPW1との間、および、メモリゲート電極MGBと制御ゲート電極CGBとの間に位置する絶縁膜5は、除去されずに残される。さらに、他の領域に位置する絶縁膜5は除去される。
In this step S9, next, the portion of the insulating
これにより、メモリセル領域1Aにおいて、メモリゲート電極MGAとp型ウェルPW1との間に残された部分、および、メモリゲート電極MGAと制御ゲート電極CGAとの間に残された部分の絶縁膜5からなるゲート絶縁膜GI2Aが形成される。また、メモリセル領域1Aにおいて、メモリゲート電極MGBとp型ウェルPW1との間に残された部分、および、メモリゲート電極MGBと制御ゲート電極CGBとの間に残された部分の絶縁膜5からなるゲート絶縁膜GI2Bが形成される。
As a result, in the
なお、ステップS9において、絶縁膜5のうち、酸化シリコン膜5cおよび窒化シリコン膜5bが除去され、酸化シリコン膜5aが除去されずに残されるように、エッチングを行うこともできる。
In step S9, the
次に、図16に示すように、周辺回路領域1Bで、導電膜4をパターニングする(図8のステップS10)。このステップS10では、例えばフォトリソグラフィおよびエッチングを用いて、周辺回路領域1Bで、導電膜4をパターニングする。
Next, as shown in FIG. 16, the
まず、半導体基板1の主面1a全面に、レジスト膜(図示せず)を形成する。次いで、周辺回路領域1Bのうち、ゲート電極GE1を形成する予定の領域以外の領域で、レジスト膜を貫通して導電膜4に達する開口部を形成し、開口部が形成されたレジスト膜からなるレジストパターン(図示せず)を形成する。このとき、周辺回路領域1Bのうち、ゲート電極GE1を形成する予定の領域に配置された部分の導電膜4、および、メモリセル領域1Aにおける半導体基板1の主面1aは、レジスト膜に覆われている。
First, a resist film (not shown) is formed on the entire
次いで、レジストパターンをエッチングマスクとして用いて、導電膜4を、例えばドライエッチングなどによりエッチングしてパターニングする。
Next, using the resist pattern as an etching mask, the
これにより、周辺回路領域1Bで、導電膜4からなるゲート電極GE1が形成され、ゲート電極GE1とp型ウェルPW2との間の絶縁膜3からなるゲート絶縁膜GI3が形成される。言い換えれば、ゲート電極GE1は、周辺回路領域1Bで、p型ウェルPW2上、すなわち半導体基板1の主面1a上に、ゲート絶縁膜GI3を介して形成される。
Thus, the gate electrode GE1 made of the
一方、メモリセル領域1Aでは、メモリゲート電極MGAおよびMGB、ならびに、制御ゲート電極CGAおよびCGBは、レジストパターンで覆われているため、メモリゲート電極MGAおよびMGB、ならびに、制御ゲート電極CGAおよびCGBは、エッチングされない。その後、レジストパターン、すなわちレジスト膜を除去する。
On the other hand, in the
このとき、図3に示したように、周辺回路領域1Bでは、ゲート電極GE1は、平面視において、活性領域AR3上を通って、Y軸方向に延在する。
At this time, as shown in FIG. 3, in the
なお、周辺回路領域1Bにおいて、ゲート電極GE1で覆われない部分の絶縁膜3は、ステップS10のドライエッチングを行うことによって、または、ステップS10のドライエッチングの後にウェットエッチングを行うことによって、除去され得る。
In the
次に、図17〜図19に示すように、n−型半導体領域11a、11b、11c、11dおよび11eを形成する(図9のステップS11)。このステップS11では、例えばフォトリソグラフィおよびイオン注入法を用いて、p型ウェルPW1およびPW2の上層部に、n−型半導体領域11a、11b、11c、11dおよび11eを形成する。
Next, as shown in FIGS. 17 to 19, n −
このステップS11では、まず、図17に示すように、半導体基板1の主面1a全面を覆うように、マスク膜としてのレジスト膜RF1を形成する。次いで、メモリセル領域1Aのうち、n−型半導体領域11aを形成する領域で、レジスト膜RF1を貫通してp型ウェルPW1に達する開口部OP1を形成し、開口部OP1が形成されたレジスト膜RF1からなるレジストパターンRP1を形成する。すなわち、レジスト膜RF1を貫通して、制御ゲート電極CGAと制御ゲート電極CGBとの間に位置する部分のp型ウェルPW1に達する開口部OP1を形成する。
In this step S11, first, as shown in FIG. 17, a resist film RF1 as a mask film is formed so as to cover the entire
このとき、メモリセル領域1Aのうち、n−型半導体領域11aを形成する予定の領域以外の領域に位置する部分のp型ウェルPW1、および、周辺回路領域1Bにおける半導体基板1の主面1aは、レジスト膜RF1に覆われる。すなわち、メモリセル領域1Aでは、メモリゲート電極MGAを挟んで制御ゲート電極CGAと反対側に位置する部分のp型ウェルPW1、および、メモリゲート電極MGBを挟んで制御ゲート電極CGBと反対側に位置する部分のp型ウェルPW1は、レジスト膜RF1に覆われる。
At this time, in the
次いで、レジストパターンRP1をマスクとして用いて、例えばヒ素(As)またはリン(P)などのn型の不純物イオンIM1を注入する。これにより、制御ゲート電極CGAと制御ゲート電極CGBとの間に位置する部分、すなわち制御ゲート電極CGAを挟んでメモリゲート電極MGAと反対側に位置し、かつ、制御ゲート電極CGBを挟んでメモリゲート電極MGBと反対側に位置する部分のp型ウェルPW1の上層部に、n−型半導体領域11aが形成される。その後、レジストパターンRP1は、除去される。
Next, using the resist pattern RP1 as a mask, for example, n-type impurity ions IM1 such as arsenic (As) or phosphorus (P) are implanted. As a result, the portion located between the control gate electrode CGA and the control gate electrode CGB, that is, the portion located on the opposite side of the memory gate electrode MGA across the control gate electrode CGA, and the memory gate across the control gate electrode CGB An n −
好適には、制御ゲート電極CGAの制御ゲート電極CGB側の側面SS1A、および、制御ゲート電極CGBの制御ゲート電極CGA側の側面SS1Bのいずれも、開口部OP1内に露出している。これにより、n−型半導体領域11aが、制御ゲート電極CGAの側面SS1A、および、制御ゲート電極CGBの側面SS1Bに、自己整合して形成される。
Preferably, both the side surface SS1A of the control gate electrode CGA on the control gate electrode CGB side and the side surface SS1B of the control gate electrode CGB on the control gate electrode CGA side are exposed in the opening OP1. Thereby, the n −
さらに、好適には、不純物イオンIM1は、半導体基板1の主面1aに垂直な方向DR1から注入される。これにより、制御ゲート電極CGAの側面SS1Aがゲート長方向(X軸方向)を深さ方向とする表面粗さを有する場合でも、n−型半導体領域11aは、制御ゲート電極CGAの側面SS1Aに、自己整合して形成される。また、制御ゲート電極CGBの側面SS1Bがゲート長方向(X軸方向)を深さ方向とする表面粗さを有する場合でも、n−型半導体領域11aは、制御ゲート電極CGBの側面SS1Bに、自己整合して形成される。そのため、ゲート幅方向(Y軸方向)におけるいずれの位置においても、制御トランジスタCTAおよびCTBにおいて、ホットキャリアを抑制するか、または、短チャネル効果を抑制することができる。
Further, preferably, the impurity ions IM1 are implanted from a direction DR1 perpendicular to the
なお、本願明細書では、半導体基板1の主面1aに垂直な方向とは、半導体基板1の主面1aに垂直な方向に加え、半導体基板1の主面1aに垂直な方向となす角度が2°以内である方向も含むものと定義する。
In the specification of the present application, the direction perpendicular to the
このステップS11では、次に、図18に示すように、半導体基板1の主面1a全面を覆うように、マスク膜としてのレジスト膜RF2を形成する。次いで、メモリセル領域1Aのうち、n−型半導体領域11bおよび11cを形成する領域で、レジスト膜RF2を貫通してp型ウェルPW1に達する開口部OP2を形成し、開口部OP2が形成されたレジスト膜RF2からなるレジストパターンRP2を形成する。すなわち、レジスト膜RF2を貫通して、メモリゲート電極MGAを挟んで制御ゲート電極CGAと反対側に位置する部分のp型ウェルPW1に達する開口部OP2としての開口部OP2Aを形成する。また、レジスト膜RF2を貫通して、メモリゲート電極MGBを挟んで制御ゲート電極CGBと反対側に位置する部分のp型ウェルPW1に達する開口部OP2としての開口部OP2Bを形成する。
In this step S11, next, as shown in FIG. 18, a resist film RF2 as a mask film is formed so as to cover the entire
このとき、メモリセル領域1Aにおけるn−型半導体領域11a、および、周辺回路領域1Bにおける半導体基板1の主面1aは、レジスト膜RF2に覆われている。すなわち、メモリセル領域1Aでは、制御ゲート電極CGAと制御ゲート電極CGBとの間に位置する部分のp型ウェルPW1は、レジスト膜RF2に覆われている。
At this time, the n −
次いで、レジストパターンRP2をマスクとして用いて、例えばヒ素(As)またはリン(P)などのn型の不純物イオンIM2を注入する。これにより、メモリゲート電極MGAを挟んで制御ゲート電極CGAと反対側に位置する部分のp型ウェルPW1の上層部に、n−型半導体領域11bが形成され、メモリゲート電極MGBを挟んで制御ゲート電極CGBと反対側に位置する部分のp型ウェルPW1の上層部に、n−型半導体領域11cが形成される。その後、レジストパターンRP2は、除去される。
Next, using the resist pattern RP2 as a mask, n-type impurity ions IM2 such as arsenic (As) or phosphorus (P) are implanted. As a result, the n −
好適には、メモリゲート電極MGAの制御ゲート電極CGA側と反対側の側面SS2Aは、開口部OP2A内に露出し、メモリゲート電極MGBの制御ゲート電極CGB側と反対側の側面SS2Bは、開口部OP2B内に露出している。これにより、n−型半導体領域11bが、メモリゲート電極MGAの側面SS2Aに、自己整合して形成され、n−型半導体領域11cが、メモリゲート電極MGBの側面SS2Bに、自己整合して形成される。
Preferably, the side surface SS2A of the memory gate electrode MGA opposite to the control gate electrode CGA side is exposed in the opening OP2A, and the side surface SS2B of the memory gate electrode MGB opposite to the control gate electrode CGB side is opened. It is exposed in OP2B. Thus, the n −
さらに、好適には、不純物イオンIM2は、半導体基板1の主面1aに垂直な方向DR1から注入される。これにより、メモリゲート電極MGAの側面SS2Aがゲート長方向(X軸方向)を深さ方向とする表面粗さを有する場合でも、n−型半導体領域11bは、メモリゲート電極MGAの側面SS2Aに自己整合して形成される。また、メモリゲート電極MGBの側面SS2Bがゲート長方向(X軸方向)を深さ方向とする表面粗さを有する場合でも、n−型半導体領域11cは、メモリゲート電極MGBの側面SS2Bに自己整合して形成される。そのため、ゲート幅方向(Y軸方向)におけるいずれの位置においても、メモリトランジスタMTAおよびMTBにおいて、ホットキャリアを抑制するか、または、短チャネル効果を抑制することができる。
Further, preferably, the impurity ions IM2 are implanted from a direction DR1 perpendicular to the
なお、図17および図18に示す工程を行うことにより、制御ゲート電極CGAおよびメモリゲート電極MGAをマスクとして、半導体基板1にn型の不純物イオンを注入し、制御ゲート電極CGBおよびメモリゲート電極MGBをマスクとして、半導体基板1にn型の不純物イオンを注入することになる。
17 and 18, n-type impurity ions are implanted into the
このステップS11では、次に、図19に示すように、半導体基板1の主面1a全面を覆うように、マスク膜としてのレジスト膜RF3を形成する。次いで、周辺回路領域1Bで、レジスト膜RF3を除去し、メモリセル領域1Aで残された部分のレジスト膜RF3からなるレジストパターンRP3を形成する。このとき、メモリセル領域1Aにおけるn−型半導体領域11a、11bおよび11cは、レジスト膜RF3に覆われている。
In this step S11, next, as shown in FIG. 19, a resist film RF3 as a mask film is formed so as to cover the entire
次いで、レジストパターンRP3をマスクとして用いて、例えばヒ素(As)またはリン(P)などのn型の不純物イオンIM3を注入する。このとき、周辺回路領域1Bでは、ゲート電極GE1をマスクとして、半導体基板1にn型の不純物イオンIM3が注入される。
Next, using the resist pattern RP3 as a mask, n-type impurity ions IM3 such as arsenic (As) or phosphorus (P) are implanted. At this time, in the
これにより、周辺回路領域1Bで、n−型半導体領域11dが、ゲート電極GE1の一方の側の側面SS3Aに自己整合して形成され、n−型半導体領域11eが、ゲート電極GE1の一方の側と反対側の側面SS3Bに自己整合して形成される。すなわち、n−型半導体領域11dが、ゲート電極GE1の一方の側に位置する部分のp型ウェルPW2の上層部に形成され、n−型半導体領域11eが、ゲート電極GE1の一方の側と反対側に位置する部分のp型ウェルPW2の上層部に形成される。その後、レジストパターンRP3は、除去される。
Thus, in the
好適には、不純物イオンIM3は、半導体基板1の主面1aに垂直な方向DR1から注入される。これにより、ゲート電極GE1の側面SS3Aがゲート長方向(X軸方向)を深さ方向とする表面粗さを有する場合でも、n−型半導体領域11dは、ゲート電極GE1の側面SS3Aに自己整合して形成される。また、ゲート電極GE1の側面SS3Bがゲート長方向(X軸方向)を深さ方向とする表面粗さを有する場合でも、n−型半導体領域11eは、ゲート電極GE1の側面SS3Bに自己整合して形成される。そのため、ゲート幅方向(Y軸方向)におけるいずれの位置においても、MISFETQ1において、ホットキャリアを抑制するか、または、短チャネル効果を抑制することができる。
Preferably, the impurity ions IM3 are implanted from the direction DR1 perpendicular to the
また、n−型半導体領域11a、11b、11c、11dおよび11eの各々を形成する工程を行う順番は、上記の順番に限定されるものではない。したがって、n−型半導体領域11a、11b、11c、11dおよび11eの各々を形成する工程を、いずれの順番で行ってもよい。
Further, the order of performing the process of forming each of the n −
次に、図20および図21に示すように、制御ゲート電極CGAの側面SS1Aに、サイドウォールスペーサSW1Aを形成し、メモリゲート電極MGAの側面SS2Aに、サイドウォールスペーサSW2Aを形成する(図9のステップS12)。 Next, as shown in FIGS. 20 and 21, a sidewall spacer SW1A is formed on the side surface SS1A of the control gate electrode CGA, and a sidewall spacer SW2A is formed on the side surface SS2A of the memory gate electrode MGA (FIG. 9). Step S12).
まず、図20に示すように、半導体基板1の主面1a全面に、絶縁膜13を形成する。この絶縁膜13は、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜またはそれらの積層膜などの絶縁膜からなる。
First, as shown in FIG. 20, the insulating
次に、図21に示すように、形成された絶縁膜13を、例えば異方性エッチングによりエッチバックする。
Next, as shown in FIG. 21, the formed insulating
このようにして、制御ゲート電極CGAのメモリゲート電極MGA側と反対側の側面SS1A、すなわち側面SS0Aと反対側の側面SS1Aに選択的に絶縁膜13を残すことにより、絶縁膜13からなるサイドウォールスペーサSW1Aが形成される。また、メモリゲート電極MGAの制御ゲート電極CGA側と反対側の側面SS2Aに選択的に絶縁膜13を残すことにより、絶縁膜13からなるサイドウォールスペーサSW2Aが形成される。
In this way, by selectively leaving the insulating
一方、制御ゲート電極CGBのメモリゲート電極MGB側と反対側の側面SS1B、すなわち側面SS0Bと反対側の側面SS1Bに選択的に絶縁膜13を残すことにより、絶縁膜13からなるサイドウォールスペーサSW1Bが形成される。また、メモリゲート電極MGBの制御ゲート電極CGB側と反対側の側面SS2Bに選択的に絶縁膜13を残すことにより、絶縁膜13からなるサイドウォールスペーサSW2Bが形成される。
On the other hand, by selectively leaving the insulating
あるいは、ゲート電極GE1の側面SS3Aに、選択的に絶縁膜13を残すことにより、絶縁膜13からなるサイドウォールスペーサSW3Aが形成される。また、ゲート電極GE1の側面SS3Aと反対側の側面SS3Bに、選択的に絶縁膜13を残すことにより、絶縁膜13からなるサイドウォールスペーサSW3Bが形成される。
Alternatively, the sidewall spacer SW3A made of the insulating
次に、図22〜図27に示すように、n+型半導体領域12a、12b、12c、12dおよび12eを形成する(図9のステップS13)。このステップS13では、例えばフォトリソグラフィおよびイオン注入法を用いて、p型ウェルPW1およびPW2の上層部に、n+型半導体領域12a、12b、12c、12dおよび12eを形成する。
Next, as shown in FIGS. 22 to 27, n +
このステップS13では、まず、図22に示すように、周辺回路領域1Bで、p型ウェルPW2に、不純物イオンを注入する(図10のステップS21)。
In step S13, first, as shown in FIG. 22, impurity ions are implanted into the p-type well PW2 in the
このステップS21では、まず、半導体基板1の主面1a全面を覆うように、レジスト膜RF4を形成する。次いで、周辺回路領域1Bで、レジスト膜RF4を除去し、メモリセル領域1Aで残された部分のレジスト膜RF4からなるレジストパターンRP4を形成する。このとき、メモリセル領域1Aにおけるn−型半導体領域11a、11bおよび11cは、レジスト膜RF4に覆われている。
In step S21, first, a resist film RF4 is formed so as to cover the entire
このステップS21では、次に、レジストパターンRP4をマスクとして用いて、例えばヒ素(As)またはリン(P)などのn型の不純物イオンIM4を注入する。このとき、周辺回路領域1Bでは、ゲート電極GE1、ならびに、サイドウォールスペーサSW3AおよびSW3Bをマスクとして、半導体基板1にn型の不純物イオンIM4が注入される。
In this step S21, next, using the resist pattern RP4 as a mask, n-type impurity ions IM4 such as arsenic (As) or phosphorus (P) are implanted. At this time, in the
これにより、周辺回路領域1Bで、n+型半導体領域12dが、ゲート電極GE1の側面SS3Aに形成されたサイドウォールスペーサSW3Aの側面に自己整合して形成され、n+型半導体領域12eが、ゲート電極GE1の側面SS3Bに形成されたサイドウォールスペーサSW3Bの側面に自己整合して形成される。
Thus, in the
すなわち、n+型半導体領域12dが、サイドウォールスペーサSW3Aを挟んでゲート電極GE1と反対側に位置する部分のp型ウェルPW2の上層部に形成され、n+型半導体領域12eが、サイドウォールスペーサSW3Bを挟んでゲート電極GE1と反対側に位置する部分のp型ウェルPW2の上層部に形成される。n+型半導体領域12dは、n−型半導体領域11dに接触し、n+型半導体領域12dにおけるn型の不純物濃度は、n−型半導体領域11dにおけるn型の不純物濃度よりも高い。n+型半導体領域12eは、n−型半導体領域11eに接触し、n+型半導体領域12eにおけるn型の不純物濃度は、n−型半導体領域11eにおけるn型の不純物濃度よりも高い。
That is, the n + -
その後、レジストパターンRP4は、除去される。 Thereafter, the resist pattern RP4 is removed.
なお、不純物イオンIM4は、例えば、半導体基板1の主面1aに垂直な方向DR1から注入される。
The impurity ions IM4 are implanted, for example, from the direction DR1 perpendicular to the
このステップS13では、次に、図23および図24に示すように、メモリセル領域1Aで、p型ウェルPW1に、不純物イオンを注入する(図10のステップS22)。
In step S13, next, as shown in FIGS. 23 and 24, impurity ions are implanted into the p-type well PW1 in the
このステップS22では、まず、半導体基板1の主面1a全面を覆うように、レジスト膜RF5を形成する。次いで、メモリセル領域1Aで、レジスト膜RF5を除去し、周辺回路領域1Bで残された部分のレジスト膜RF5からなるレジストパターンRP5を形成する。このとき、周辺回路領域1Bにおけるn−型半導体領域11dおよび11e、ならびに、n+型半導体領域12dおよび12eは、レジスト膜RF5に覆われている。
In this step S22, first, a resist film RF5 is formed so as to cover the entire
このステップS22では、次に、レジストパターンRP5をマスクとして用いて、例えばヒ素(As)またはリン(P)などのn型の不純物イオンIM5を注入する。このとき、メモリセル領域1Aでは、制御ゲート電極CGAおよびCGB、メモリゲート電極MGAおよびMGB、サイドウォールスペーサSW1A、SW1B、SW2AおよびSW2Bをマスクとして、半導体基板1にn型の不純物イオンIM5が注入される。
In this step S22, next, using the resist pattern RP5 as a mask, n-type impurity ions IM5 such as arsenic (As) or phosphorus (P) are implanted. At this time, in the
これにより、メモリセル領域1Aで、n+型半導体領域12aが、制御ゲート電極CGAの側面SS1Aに形成されたサイドウォールスペーサSW1Aの側面、および、制御ゲート電極CGBの側面SS1Bに形成されたサイドウォールスペーサSW1Bの側面に自己整合して形成される。また、メモリセル領域1Aで、n+型半導体領域12bが、メモリゲート電極MGAの側面SS2Aに形成されたサイドウォールスペーサSW2Aの側面に自己整合して形成され、n+型半導体領域12cが、メモリゲート電極MGBの側面SS2Bに形成されたサイドウォールスペーサSW2Bの側面に自己整合して形成される。
As a result, in the
すなわち、制御ゲート電極CGAの側面SS1Aに形成されたサイドウォールスペーサSW1Aと、制御ゲート電極CGBの側面SS1Bに形成されたサイドウォールスペーサSW1Bとの間に位置する部分のp型ウェルPW1の上層部に、n+型半導体領域12aが形成される。また、サイドウォールスペーサSW2Aを挟んでメモリゲート電極MGAと反対側に位置する部分のp型ウェルPW1の上層部に、n+型半導体領域12bが形成され、サイドウォールスペーサSW2Bを挟んでメモリゲート電極MGBと反対側に位置する部分のp型ウェルPW1の上層部に、n+型半導体領域12cが形成される。
That is, in the upper layer portion of the p-type well PW1 located between the sidewall spacer SW1A formed on the side surface SS1A of the control gate electrode CGA and the sidewall spacer SW1B formed on the side surface SS1B of the control gate electrode CGB. , N +
n+型半導体領域12aは、n−型半導体領域11aに接触し、n+型半導体領域12aにおけるn型の不純物濃度は、n−型半導体領域11aにおけるn型の不純物濃度よりも高い。n+型半導体領域12bは、n−型半導体領域11bに接触し、n+型半導体領域12bにおけるn型の不純物濃度は、n−型半導体領域11bにおけるn型の不純物濃度よりも高い。n+型半導体領域12cは、n−型半導体領域11cに接触し、n+型半導体領域12cにおけるn型の不純物濃度は、n−型半導体領域11cにおけるn型の不純物濃度よりも高い。
The n +
その後、レジストパターンRP5は、除去される。 Thereafter, the resist pattern RP5 is removed.
好適には、図24および図25に示すように、不純物イオンIM5は、半導体基板1の主面1aに垂直な方向DR1に対してゲート幅方向(Y軸方向)に傾斜した方向DR2から注入される。
Preferably, as shown in FIGS. 24 and 25, the impurity ions IM5 are implanted from the direction DR2 inclined in the gate width direction (Y-axis direction) with respect to the direction DR1 perpendicular to the
これにより、サイドウォールスペーサSW1Aの側面が、ゲート長方向(X軸方向)を深さ方向とする表面粗さを有する場合でも、ゲート幅方向(Y軸方向)の各位置の間での、ゲート長方向(X軸方向)におけるn+型半導体領域12aの制御ゲート電極CGA側の端部位置のばらつきを低減することができる。また、サイドウォールスペーサSW2Aの側面が、ゲート長方向(X軸方向)を深さ方向とする表面粗さを有する場合でも、ゲート幅方向(Y軸方向)の各位置の間での、ゲート長方向(X軸方向)におけるn+型半導体領域12bのメモリゲート電極MGA側の端部位置のばらつきを低減することができる。
Thereby, even when the side surface of the sidewall spacer SW1A has a surface roughness whose depth direction is the gate length direction (X-axis direction), the gate between the positions in the gate width direction (Y-axis direction) Variation in the position of the end of the n +
好適には、ステップS22の工程は、リン(P)からなる不純物イオンIM5を、半導体基板1の主面1aに垂直な方向DR1に対してゲート幅方向(Y軸方向)に傾斜した方向DR2から注入する工程と、ヒ素(As)からなる不純物イオンを、半導体基板1の主面1aに垂直な方向DR1から注入する工程と、を含む。p型ウェルPW1中におけるリンの拡散係数は、p型ウェルPW1中におけるヒ素の拡散係数よりも大きい。そのため、ヒ素からなる不純物イオンが、ゲート長方向(X軸方向)におけるn+型半導体領域12aおよび12bの端部位置のばらつきに及ぼす影響よりも、リンからなる不純物イオンIM5が、ゲート長方向(X軸方向)におけるn+型半導体領域12aおよび12bの端部位置のばらつきに及ぼす影響の方が大きい。したがって、リンからなる不純物イオンIM5を、半導体基板1の主面1aに垂直な方向DR1に対してゲート幅方向(Y軸方向)に傾斜した方向DR2から注入することが、好ましい。
Preferably, in step S22, impurity ions IM5 made of phosphorus (P) are moved from a direction DR2 inclined in the gate width direction (Y-axis direction) with respect to a direction DR1 perpendicular to the
このような場合、リンからなる不純物イオンIM5を注入する際の注入条件として、注入エネルギーを10keVとし、ドーズ量を2×1015cm−2とする。また、ヒ素からなる不純物イオンを注入する際の注入条件として、注入エネルギーを20keVとし、ドーズ量を2×1015cm−2とする。なお、注入エネルギーと注入量はデバイス構造によって可変である。 In such a case, as implantation conditions for implanting the impurity ions IM5 made of phosphorus, the implantation energy is 10 keV and the dose is 2 × 10 15 cm −2 . As implantation conditions for implanting impurity ions made of arsenic, the implantation energy is 20 keV and the dose is 2 × 10 15 cm −2 . The injection energy and the injection amount are variable depending on the device structure.
さらに好適には、互いに異なる2つの方向から不純物イオンを注入することができる。すなわち、図24〜図26に示すように、半導体基板1の主面1aに垂直な方向DR1に対してゲート幅方向(Y軸方向)における一方の側に傾斜した方向DR2から注入する工程と、方向DR1に対してゲート幅方向(Y軸方向)における一方の側と反対側に傾斜した方向DR3から注入する工程と、を行うことができる。
More preferably, impurity ions can be implanted from two different directions. That is, as shown in FIGS. 24 to 26, the step of implanting from a direction DR2 inclined to one side in the gate width direction (Y-axis direction) with respect to the direction DR1 perpendicular to the
これにより、サイドウォールスペーサSW1Aの側面に形成された凹凸がゲート幅方向(Y軸方向)に垂直な面(XZ面)に対して非対称な形状を有する場合でも、ゲート幅方向の各位置の間での、ゲート長方向(X軸方向)におけるn+型半導体領域12aの制御ゲート電極CGA側の端部位置のばらつきを低減することができる。また、サイドウォールスペーサSW2Aの側面に形成された凹凸がゲート幅方向(Y軸方向)に垂直な面(XZ面)に対して非対称な形状を有する場合でも、ゲート幅方向の各位置の間での、ゲート長方向(X軸方向)におけるn+型半導体領域12bのメモリゲート電極MGA側の端部位置のばらつきを低減することができる。
As a result, even when the unevenness formed on the side surface of the sidewall spacer SW1A has an asymmetric shape with respect to a plane (XZ plane) perpendicular to the gate width direction (Y-axis direction), The variation in the position of the end of the n +
ここで、方向DR2が、方向DR1に対してY軸方向における一方の側に傾斜した方向であるとは、図25に示すように、X軸方向の負側から正側に向かう方向から視た断面において、方向DR2が、方向DR1に対して時計回りに角度θ1(0°<θ1<90°)だけ回転された方向であることを意味する。また、方向DR3が、方向DR1に対してY軸方向における一方の側と反対側に傾斜した方向であるとは、図26に示すように、X軸方向の負側から正側に向かう方向から視た断面において、方向DR3が、方向DR1に対して反時計回りに角度θ2(0°<θ2<90°)だけ回転された方向であることを意味する。また、好適なθ1の範囲は、10〜50°であり、好適なθ2の範囲は、10〜50°である。 Here, the direction DR2 is a direction inclined to one side in the Y-axis direction with respect to the direction DR1, as seen from the direction from the negative side to the positive side in the X-axis direction, as shown in FIG. In the cross section, it means that the direction DR2 is a direction rotated by an angle θ1 (0 ° <θ1 <90 °) clockwise with respect to the direction DR1. Further, the direction DR3 is a direction inclined to the opposite side to the one side in the Y-axis direction with respect to the direction DR1, as shown in FIG. 26, from the direction from the negative side to the positive side in the X-axis direction. In the viewed section, the direction DR3 means a direction rotated counterclockwise by an angle θ2 (0 ° <θ2 <90 °) with respect to the direction DR1. The preferable range of θ1 is 10 to 50 °, and the preferable range of θ2 is 10 to 50 °.
不純物イオンIM5を注入する方向DR2は、半導体基板1の主面1aに垂直な方向DR1に対して、ゲート幅方向(Y軸方向)に代えゲート長方向(X軸方向)に傾斜した方向であってもよい。このような場合でも、半導体基板1の主面1aに垂直な方向DR1から不純物イオンIM5を注入する場合に比べれば、ゲート幅方向(Y軸方向)の各位置の間での、ゲート長方向(X軸方向)におけるn+型半導体領域12aの制御ゲート電極CGA側の端部位置のばらつきを低減することができる。また、半導体基板1の主面1aに垂直な方向DR1から不純物イオンIM5を注入する場合に比べれば、ゲート幅方向(Y軸方向)の各位置の間での、ゲート長方向(X軸方向)におけるn+型半導体領域12bのメモリゲート電極MGA側の端部位置のばらつきを低減することができる。
The direction DR2 in which the impurity ions IM5 are implanted is a direction inclined in the gate length direction (X axis direction) instead of the gate width direction (Y axis direction) with respect to the direction DR1 perpendicular to the
ただし、サイドウォールスペーサSW1AとサイドウォールスペーサSW1Bとは、半導体領域MDを挟んでほぼ対称に配置されており、サイドウォールスペーサSW2AとサイドウォールスペーサSW2Bとは、半導体領域MSを挟んでほぼ対称に配置されている。そのため、方向DR2が、ゲート長方向(X軸方向)に傾斜した方向である場合、サイドウォールスペーサSW1Aをマスクとして不純物イオンIM5が注入される領域と、サイドウォールスペーサSW1Bをマスクとして不純物イオンIM5が注入される領域とが、半導体領域MDを挟んで対称に配置されない。また、方向DR2が、ゲート長方向(X軸方向)に傾斜した方向である場合、サイドウォールスペーサSW2Aをマスクとして不純物イオンIM5が注入される領域と、サイドウォールスペーサSW2Bをマスクとして不純物イオンIM5が注入される領域とが、半導体領域MSを挟んで対称に配置されない。したがって、不純物イオンIM5を注入する方向DR2は、半導体基板1の主面1aに垂直な方向DR1に対して、ゲート幅方向(Y軸方向)に傾斜した方向であることが好ましい。
However, the sidewall spacer SW1A and the sidewall spacer SW1B are arranged almost symmetrically with the semiconductor region MD interposed therebetween, and the sidewall spacer SW2A and the sidewall spacer SW2B are arranged substantially symmetrically with the semiconductor region MS interposed therebetween. Has been. Therefore, when the direction DR2 is a direction inclined in the gate length direction (X-axis direction), the region where the impurity ions IM5 are implanted using the sidewall spacer SW1A as a mask, and the impurity ions IM5 using the sidewall spacer SW1B as a mask The region to be implanted is not arranged symmetrically across the semiconductor region MD. When the direction DR2 is a direction inclined in the gate length direction (X-axis direction), the impurity ions IM5 are implanted using the sidewall spacer SW2A as a mask and the impurity ions IM5 are implanted using the sidewall spacer SW2B as a mask. The region to be implanted is not arranged symmetrically across the semiconductor region MS. Therefore, the direction DR2 in which the impurity ions IM5 are implanted is preferably a direction inclined in the gate width direction (Y-axis direction) with respect to the direction DR1 perpendicular to the
なお、図示および詳細な説明を省略するが、n+型半導体領域12aの制御ゲート電極CGB側の端部位置のばらつき、および、n+型半導体領域12cのメモリゲート電極MGB側の端部位置のばらつきを低減する効果についても、同様である。
Although illustration and detailed description are omitted, variations in the end position of the n +
このようにして、n−型半導体領域11aとそれよりも高不純物濃度のn+型半導体領域12aとにより、メモリセルMCAおよびMCB(後述する図27参照)の各々のドレイン領域として機能するn型の半導体領域MDが形成される。また、n−型半導体領域11bとそれよりも高不純物濃度のn+型半導体領域12bとにより、メモリセルMCAのソース領域として機能するn型の半導体領域MSが形成される。さらに、n−型半導体領域11cとそれよりも高不純物濃度のn+型半導体領域12cとにより、メモリセルMCBのソース領域として機能するn型の半導体領域MSが形成される。
In this way, the n −
その後、n−型半導体領域11a、11b、11c、11dおよび11e、ならびに、n+型半導体領域12a、12b、12c、12dおよび12eなどに導入された不純物を活性化するための熱処理である活性化アニールを行う。
Thereafter, activation which is a heat treatment for activating the impurities introduced into the n −
これにより、図27に示すように、メモリセル領域1Aで、制御トランジスタCTAおよびメモリトランジスタMTAが形成され、制御トランジスタCTAおよびメモリトランジスタMTAにより、不揮発性メモリとしてのメモリセルMCAが形成される。すなわち、制御ゲート電極CGAと、ゲート絶縁膜GI1Aと、メモリゲート電極MGAと、ゲート絶縁膜GI2Aと、半導体領域MSと、半導体領域MDと、により、不揮発性メモリとしてのメモリセルMCAが形成される。
As a result, as shown in FIG. 27, the control transistor CTA and the memory transistor MTA are formed in the
また、図27に示すように、メモリセル領域1Aで、制御トランジスタCTBおよびメモリトランジスタMTBが形成され、制御トランジスタCTBおよびメモリトランジスタMTBにより、不揮発性メモリとしてのメモリセルMCBが形成される。すなわち、制御ゲート電極CGBと、ゲート絶縁膜GI1Bと、メモリゲート電極MGBと、ゲート絶縁膜GI2Bと、半導体領域MSと、半導体領域MDと、により、不揮発性メモリとしてのメモリセルMCBが形成される。
As shown in FIG. 27, in the
一方、図27に示すように、周辺回路領域1Bで、MISFETQ1が形成される。すなわち、ゲート電極GE1と、ゲート絶縁膜GI3と、n−型半導体領域11dおよび11eと、n+型半導体領域12dおよび12eと、により、MISFETQ1が形成される。
On the other hand, as shown in FIG. 27, the MISFET Q1 is formed in the
また、メモリセル領域1Aにおいてn+型半導体領域12a、12bおよび12cの各々を形成するために不純物イオンを注入する工程、ならびに、周辺回路領域1Bにおいてn+型半導体領域12dおよび12eの各々を形成するために不純物イオンを注入する工程を行う順番は、上記の順番に限定されるものではない。したがって、メモリセル領域1Aにおいてn+型半導体領域12a、12bおよび12cの各々を形成するために不純物イオンを注入する工程、ならびに、周辺回路領域1Bにおいてn+型半導体領域12dおよび12eの各々を形成するために不純物イオンを注入する工程を、いずれの順番で行ってもよい。
Also, a step of implanting impurity ions to form each of n +
次に、図5に示すように、金属シリサイド層14を形成する(図9のステップS14)。このステップS14では、半導体基板1の主面1a全面に、制御ゲート電極CGAおよびCGB、メモリゲート電極MGAおよびMGB、ゲート電極GE1、ならびに、サイドウォールスペーサSW1A、SW1B、SW2A、SW2B、SW3AおよびSW3Bを覆うように、金属膜を形成する。金属膜は、例えばコバルト(Co)膜、ニッケル(Ni)膜、または、ニッケル白金合金膜などからなり、スパッタリング法などを用いて形成することができる。そして、半導体基板1に対して熱処理を施すことによって、n+型半導体領域12a、12b、12c、12dおよび12eのそれぞれの上層部を、金属膜と反応させる。これにより、n+型半導体領域12a、12b、12c、12dおよび12eの各々の上に、金属シリサイド層14がそれぞれ形成される。
Next, as shown in FIG. 5, a
金属シリサイド層14は、例えばコバルトシリサイド層、ニッケルシリサイド層、または、白金添加ニッケルシリサイド層とすることができる。その後、未反応の金属膜を除去する。このようないわゆるサリサイドプロセスを行うことによって、図5に示すように、n+型半導体領域12a、12b、12c、12dおよび12eの各々の上に、金属シリサイド層14を形成することができる。なお、制御ゲート電極CGAおよびCGB、メモリゲート電極MGAおよびMGB、ならびに、ゲート電極GE1の各々の上にも、金属シリサイド層14を形成することができる。
The
次に、図5に示すように、半導体基板1の主面1a全面に、絶縁膜15および層間絶縁膜16を形成する(図9のステップS15)。このステップS15では、まず、半導体基板1の主面1a上に、制御ゲート電極CGAおよびCGB、メモリゲート電極MGAおよびMGB、ゲート電極GE1、ならびに、サイドウォールスペーサSW1A、SW1B、SW2A、SW2B、SW3AおよびSW3Bを覆うように、絶縁膜15を形成する。絶縁膜15は、例えば窒化シリコン膜からなる。絶縁膜15を、例えばCVD法により形成することができる。
Next, as shown in FIG. 5, the insulating
次に、図5に示すように、絶縁膜15上に、層間絶縁膜16を形成する。層間絶縁膜16は、酸化シリコン膜の単体膜、あるいは、窒化シリコン膜と酸化シリコン膜との積層膜などからなる。層間絶縁膜16を、例えばCVD法により形成した後、層間絶縁膜16の上面を平坦化する。
Next, as shown in FIG. 5, an
次に、図2および図5に示すように、層間絶縁膜16を貫通するプラグPG1、PG2およびPG3を形成する(図9のステップS16)。なお、以下では、プラグPG1、PG2およびPG3のうち、プラグPG1およびPG3を形成する場合を例示して説明する。
Next, as shown in FIGS. 2 and 5, plugs PG1, PG2, and PG3 penetrating the
まず、フォトリソグラフィを用いて層間絶縁膜16上に形成したレジストパターン(図示せず)をエッチングマスクとして、層間絶縁膜16をドライエッチングすることにより、層間絶縁膜16にコンタクトホールを形成する。次に、そのコンタクトホール内に、導体膜からなるプラグPG1およびPG3を形成する。
First, a contact hole is formed in the
プラグPG1およびPG3を形成するには、例えば、コンタクトホールの内部を含む層間絶縁膜16上に、例えば、チタン(Ti)膜、窒化チタン(TiN)膜、またはそれらの積層膜からなるバリア導体膜を形成する。それから、このバリア導体膜上にタングステン(W)膜などからなる主導体膜を、コンタクトホールを埋めるように形成し、層間絶縁膜16上の不要な主導体膜およびバリア導体膜をCMP(Chemical Mechanical Polishing)法またはエッチバック法などによって除去する。これにより、プラグPG1およびPG3を形成することができる。なお、図5では、図面の簡略化のために、プラグPG1およびPG3を構成するバリア導体膜および主導体膜を一体化して示す。
In order to form the plugs PG1 and PG3, for example, a barrier conductor film made of, for example, a titanium (Ti) film, a titanium nitride (TiN) film, or a laminated film thereof on the
プラグPG1は、n+型半導体領域12a、12bおよび12c、制御ゲート電極CGAおよびCGB、ならびに、メモリゲート電極MGAおよびMGBの各々の上に形成され、n+型半導体領域12a、12bおよび12c、制御ゲート電極CGAおよびCGB、ならびに、メモリゲート電極MGAおよびMGBの各々と、電気的に接続される。また、プラグPG3は、n+型半導体領域12dおよび12e、ならびに、ゲート電極GE1の各々の上に形成され、n+型半導体領域12dおよび12e、ならびに、ゲート電極GE1の各々と、電気的に接続される。
Plug PG1 is formed on each of n +
以上のようにして、図5に示すように、本実施の形態1の半導体装置が製造される。なお、プラグPG1およびPG3が埋め込まれた層間絶縁膜16上に、例えば銅(Cu)を主導電膜とする配線を、例えばダマシン技術を用いて形成することができるが、ここでは、その説明を省略する。
As described above, the semiconductor device according to the first embodiment is manufactured as shown in FIG. Note that a wiring having, for example, copper (Cu) as a main conductive film can be formed on the
<メモリセル領域におけるn+型半導体領域の端部位置について>
次に、メモリセル領域1Aにおいて、サイドウォールスペーサSW1AおよびSW2Aの側面がゲート長方向(X軸方向)を深さ方向とする表面粗さを有する場合における、n+型半導体領域12aおよび12bの端部位置について、比較例1の半導体装置の製造方法と対比しながら説明する。なお、以下では説明は省略するが、サイドウォールスペーサSW1BおよびSW2Bの側面がゲート長方向(X軸方向)を深さ方向とする表面粗さを有する場合における、n+型半導体領域12aおよび12cの端部位置についても、同様である。
<End Position of n + Type Semiconductor Region in Memory Cell Region>
Next, in the
図28および図29は、比較例1の半導体装置の製造工程中の要部平面図である。図30は、実施の形態1の半導体装置の製造工程中の要部平面図である。図29は、図28に示す平面図のうち、制御ゲート電極CGAおよびメモリゲート電極MGAの周辺を拡大して示している。また、図30は、図24に示す平面図のうち、制御ゲート電極CGAおよびメモリゲート電極MGAの周辺を拡大して示している。また、図29および図30では、不純物イオンIM5が注入される領域にハッチングを付している。 28 and 29 are principal part plan views of the semiconductor device of Comparative Example 1 during the manufacturing process. 30 is a substantial part plan view of the semiconductor device of First Embodiment during a manufacturing step thereof. FIG. 29 is an enlarged view of the periphery of the control gate electrode CGA and the memory gate electrode MGA in the plan view shown in FIG. FIG. 30 is an enlarged view of the periphery of the control gate electrode CGA and the memory gate electrode MGA in the plan view shown in FIG. In FIGS. 29 and 30, the region into which the impurity ions IM5 are implanted is hatched.
比較例1の半導体装置の製造方法は、図8のステップS1〜図9のステップS16に相当する工程を行って、比較例1の半導体装置を製造するものである。 The manufacturing method of the semiconductor device of Comparative Example 1 is to manufacture the semiconductor device of Comparative Example 1 by performing processes corresponding to Step S1 in FIG. 8 to Step S16 in FIG.
比較例1の半導体装置の製造工程では、実施の形態1の半導体装置の製造工程と異なり、図9のステップS13に相当する工程の一部であって、図23を用いて説明した工程に相当する工程を行う際に、図28および図29に示すように、半導体基板1の主面1aに垂直な方向DR1から不純物イオンIM5を注入する。
Unlike the semiconductor device manufacturing process of the first embodiment, the semiconductor device manufacturing process of Comparative Example 1 is a part of the process corresponding to step S13 in FIG. 9 and corresponds to the process described with reference to FIG. When performing this step, impurity ions IM5 are implanted from a direction DR1 perpendicular to the
メモリセルの微細化に伴って、制御ゲート電極CGAのゲート長が短くなる。このような場合、ステップS5に相当する工程において、導電膜4をパターニングして制御ゲート電極CGAを形成する際に、導電膜4上に形成されたレジストパターンの側面が平坦にならず、レジストパターンの側面が、ゲート長方向(X軸方向)を深さ方向とする表面粗さを有することがある。また、レジストパターンの側面が表面粗さを有する場合、レジストパターンをエッチングマスクとして用いてエッチングを行ってパターニングされた制御ゲート電極CGAの側面も、ゲート長方向(X軸方向)を深さ方向とする表面粗さを有する。
As the memory cell becomes finer, the gate length of the control gate electrode CGA becomes shorter. In such a case, when the control gate electrode CGA is formed by patterning the
例えば、表面粗さを有する第1パターンの側面に、第1パターンが形成された後に形成された第2パターンの側面は、第1パターンの側面が有する表面粗さよりも大きな表面粗さを有する。したがって、制御ゲート電極CGAの側面にゲート絶縁膜GI2Aを介して形成されるメモリゲート電極MGAの側面は、制御ゲート電極CGAの側面が有する表面粗さよりも大きな表面粗さを有する。また、制御ゲート電極CGAの側面SS1Aに形成されるサイドウォールスペーサSW1Aの側面は、制御ゲート電極CGAの側面SS1Aが有する表面粗さよりも大きな表面粗さを有する。さらに、メモリゲート電極MGAの側面SS2Aに形成されるサイドウォールスペーサSW2Aの側面は、メモリゲート電極MGAの側面SS2Aが有する表面粗さよりも大きな表面粗さを有する。 For example, the side surface of the second pattern formed after the first pattern is formed on the side surface of the first pattern having the surface roughness has a surface roughness larger than the surface roughness of the side surface of the first pattern. Therefore, the side surface of the memory gate electrode MGA formed on the side surface of the control gate electrode CGA via the gate insulating film GI2A has a surface roughness larger than the surface roughness of the side surface of the control gate electrode CGA. Further, the side surface of the sidewall spacer SW1A formed on the side surface SS1A of the control gate electrode CGA has a surface roughness larger than the surface roughness of the side surface SS1A of the control gate electrode CGA. Further, the side surface of the sidewall spacer SW2A formed on the side surface SS2A of the memory gate electrode MGA has a surface roughness larger than the surface roughness of the side surface SS2A of the memory gate electrode MGA.
比較例1では、図29に示すように、サイドウォールスペーサSW1Aの側面が平坦でなく、ゲート長方向(X軸方向)を深さ方向とする凹部CC1が形成されている場合には、不純物イオンIM5は、平面視において、凹部CC1と重なる部分PR1のp型ウェルPW1、すなわちn−型半導体領域11aにも、注入される。また、サイドウォールスペーサSW2Aの側面が平坦でなく、ゲート長方向(X軸方向)を深さ方向とする凹部CC2が形成されている場合には、不純物イオンIM5は、平面視において、凹部CC2と重なる部分PR2のp型ウェルPW1、すなわちn−型半導体領域11bにも、注入される。
In Comparative Example 1, as shown in FIG. 29, when the side wall of the sidewall spacer SW1A is not flat and the recess CC1 having the depth direction in the gate length direction (X-axis direction) is formed, the impurity ions IM5 is also injected into the p-type well PW1 of the portion PR1 that overlaps the recess CC1 in a plan view, that is, the n −
図29に示すように、例えば、ゲート長方向(X軸方向)において、凹部CC1と凹部CC2とが対向し、凸部CV1と凸部CV2とが対向している場合を考える。ここで、凹部CC1と凹部CC2とが対向し、ゲート長が局所的に短くなっている領域を、領域RS1と称し、凸部CV1と凸部CV2とが対向し、ゲート長が局所的に長くなっている領域を、領域RS2と称する。また、領域RS1における、n+型半導体領域12aとn+型半導体領域12bとのゲート長方向(X軸方向)における距離を、距離DS1とし、領域RS2における、n+型半導体領域12aとn+型半導体領域12bとのゲート長方向(X軸方向)における距離を、距離DS2とする。このような場合、比較例1では、距離DS1は、距離DS2よりも小さくなる。
As shown in FIG. 29, for example, a case is considered where the concave portion CC1 and the concave portion CC2 face each other and the convex portion CV1 and the convex portion CV2 face each other in the gate length direction (X-axis direction). Here, the region where the concave portion CC1 and the concave portion CC2 face each other and the gate length is locally shortened is referred to as a region RS1, the convex portion CV1 and the convex portion CV2 face each other, and the gate length is locally long. This region is referred to as region RS2. In addition, a distance in the gate length direction (X-axis direction) between the n +
ここで、LDD構造のエクステンション領域としてそれぞれ機能するn−型半導体領域11aとn−型半導体領域11bとのゲート長方向(X軸方向)における距離が短くなった場合を考える。このような場合には、n−型半導体領域11aおよび11bの各々において、不純物イオンの密度はある程度高いものの、不純物イオンの注入深さが浅いため、不純物イオンの拡散によるパンチスルーは、発生しにくい。
Here, a case is considered where the distance in the gate length direction (X-axis direction) between the n −
一方、ソース領域またはドレイン領域としてそれぞれ機能するn+型半導体領域12aとn+型半導体領域12bとの距離が短くなった場合を考える。このような場合には、n+型半導体領域12aおよび12bの各々において、不純物イオンの注入深さが深いため、不純物イオンの拡散によるパンチスルーが、発生しやすい。すなわち、n+型半導体領域12aとn+型半導体領域12bとの距離は、実効的なゲート長に等しい。その結果、例えば図29に示した領域RS1など、n+型半導体領域12aと、n+型半導体領域12bとの距離、すなわち実効的なゲート長が局所的に短くなっている領域では、この実効的なゲート長の短縮に伴ってパンチスルーが発生しやすくなるという短チャネル効果が顕著になる。
On the other hand, let us consider a case where the distance between the n +
そのため、複数のメモリセルMCA(図5参照)にそれぞれ含まれる複数の制御トランジスタCTA(図5参照)における閾値電圧のばらつきが増大し、複数のメモリセルMCAにそれぞれ含まれる複数のメモリトランジスタMTA(図5参照)における閾値電圧のばらつきが増大する。したがって、複数のメモリセルMCAを有する半導体装置において、データを書き込む際に不良が発生し、半導体装置の性能が低下する。 For this reason, variation in threshold voltage in the plurality of control transistors CTA (see FIG. 5) respectively included in the plurality of memory cells MCA (see FIG. 5) increases, and the plurality of memory transistors MTA (indicated by the plurality of memory cells MCA (see FIG. 5)). The variation in threshold voltage in (see FIG. 5) increases. Therefore, in a semiconductor device having a plurality of memory cells MCA, a defect occurs when data is written, and the performance of the semiconductor device is degraded.
一方、本実施の形態1の半導体装置の製造工程では、図23を用いて説明した工程(図10のステップS22)を行う際に、図23〜図25および図30に示すように、半導体基板1の主面1aに垂直な方向DR1に対してゲート幅方向(Y軸方向)に傾斜した方向DR2から不純物イオンIM5を注入する。
On the other hand, in the manufacturing process of the semiconductor device of the first embodiment, when performing the process described with reference to FIG. 23 (step S22 in FIG. 10), as shown in FIGS. Impurity ions IM5 are implanted from a direction DR2 inclined in the gate width direction (Y-axis direction) with respect to the direction DR1 perpendicular to the
本実施の形態1では、図30に示すように、サイドウォールスペーサSW1Aの側面が平坦でなく、ゲート長方向(X軸方向)を深さ方向とする凹部CC1が形成されている場合には、不純物イオンIM5は、平面視において、凹部CC1と重なる部分PR1のp型ウェルPW1、すなわちn−型半導体領域11aには、注入されない。また、サイドウォールスペーサSW2Aの側面が平坦でなく、ゲート長方向(X軸方向)を深さ方向とする凹部CC2が形成されている場合には、不純物イオンIM5は、平面視において、凹部CC2と重なる部分PR2のp型ウェルPW1、すなわちn−型半導体領域11bには、注入されない。
In the first embodiment, as shown in FIG. 30, when the side surface of the sidewall spacer SW1A is not flat and the recess CC1 having the depth direction in the gate length direction (X-axis direction) is formed, The impurity ions IM5 are not implanted into the p-type well PW1 of the portion PR1 that overlaps the recess CC1 in plan view, that is, the n −
図29と同様に、図30に示すように、ゲート長方向(X軸方向)において、凹部CC1と凹部CC2とが対向し、ゲート長が局所的に短くなっている領域を、領域RS1とし、ゲート長方向(X軸方向)において、凸部CV1と凸部CV2とが対向し、ゲート長が局所的に長くなっている領域を、領域RS2とする。また、領域RS1における、n+型半導体領域12aとn+型半導体領域12bとのゲート長方向(X軸方向)における距離を、距離DS1とし、領域RS2における、n+型半導体領域12aとn+型半導体領域12bとのゲート長方向(X軸方向)における距離を、距離DS2とする。このような場合、本実施の形態1では、距離DS1を、距離DS2と等しくすることができる。すなわち、本実施の形態1では、ゲート幅方向(Y軸方向)に傾斜した方向DR2から不純物イオンを注入することにより、サイドウォールスペーサSW1AおよびSW2Aの側面の表面粗さの影響を、n+型半導体領域12aおよび12bの端部位置に及ぼさないようにすることができる。
Similarly to FIG. 29, as shown in FIG. 30, in the gate length direction (X-axis direction), the region where the recess CC1 and the recess CC2 face each other and the gate length is locally shortened is defined as a region RS1. A region where the convex portion CV1 and the convex portion CV2 face each other in the gate length direction (X-axis direction) and the gate length is locally long is defined as a region RS2. In addition, a distance in the gate length direction (X-axis direction) between the n +
これにより、例えば図30に示した領域RS1など、ゲート長が局所的に短くなっている領域でも、n+型半導体領域12aとn+型半導体領域12bとの距離、すなわち実効的なゲート長が局所的に短くなることを防止または抑制することができる。そのため、メモリセルMCAにおいて、実効的なゲート長の短縮に伴ってパンチスルーが発生しやすくなるという短チャネル効果を、抑制することができる。
Thereby, even in a region where the gate length is locally short, such as the region RS1 shown in FIG. 30, for example, the distance between the n +
すなわち、本実施の形態1では、比較例1ではパンチスルーが発生しやすい領域RS1においても、パンチスルーを発生しにくくすることができる。そのため、複数のメモリセルMCA(図5参照)にそれぞれ含まれる複数の制御トランジスタCTA(図5参照)における閾値電圧のばらつきを低減することができ、複数のメモリセルMCAにそれぞれ含まれる複数のメモリトランジスタMTA(図5参照)における閾値電圧のばらつきを低減することができる。したがって、複数のメモリセルMCAを有する半導体装置において、データを書き込む際に不良が発生することを防止または抑制することができ、半導体装置の性能を向上させることができる。 That is, in the first embodiment, it is possible to make it difficult for punch-through to occur even in the region RS1 in which punch-through is likely to occur in Comparative Example 1. Therefore, it is possible to reduce the variation in threshold voltage in the plurality of control transistors CTA (see FIG. 5) included in each of the plurality of memory cells MCA (see FIG. 5), and the plurality of memories included in each of the plurality of memory cells MCA. Variation in threshold voltage in the transistor MTA (see FIG. 5) can be reduced. Therefore, in a semiconductor device having a plurality of memory cells MCA, it is possible to prevent or suppress the occurrence of defects when data is written, and the performance of the semiconductor device can be improved.
なお、図9のステップS11の一部であって、図17および図18を用いて説明した工程を行う際に、半導体基板1の主面1aに垂直な方向DR1に対してゲート幅方向(Y軸方向)に傾斜した方向から不純物イオンを注入する場合を考える。このような場合、n−型半導体領域11aおよび11bに注入される不純物イオンは拡散しにくい。そのため、図30に示す領域RS1において、n−型半導体領域11aの制御ゲート電極CGA側の端部が、平面視において、制御ゲート電極CGAの側面SS1Aから離れるか、または、n−型半導体領域11bのメモリゲート電極MGA側の端部が、平面視において、メモリゲート電極MGAの側面SS2Aから離れるおそれがある。これに伴って、平面視において、制御ゲート電極CGAの側面SS1A側に隣接した部分、または、メモリゲート電極MGAの側面SS2A側に隣接した部分のp型ウェルPW1の上層部の抵抗が大きくなるため、制御トランジスタCTAおよびメモリトランジスタMTAを通って流れるオン電流が減少するおそれがある。
Note that when performing the process described with reference to FIGS. 17 and 18, which is part of step S <b> 11 of FIG. 9, the gate width direction (Y Consider a case where impurity ions are implanted from a direction inclined in the axial direction. In such a case, impurity ions implanted into n −
一方、本実施の形態1では、図9のステップS11の一部であって、図17および図18を用いて説明した工程を行う際に、半導体基板1の主面1aに垂直な方向DR1から不純物イオンを注入する。これにより、図30に示す領域RS1において、n−型半導体領域11aの制御ゲート電極CGA側の端部が、平面視において、制御ゲート電極CGAの側面SS1Aから離れることを、防止または抑制することができる。また、図30に示す領域RS1において、n−型半導体領域11bのメモリゲート電極MGA側の端部が、平面視において、メモリゲート電極MGAの側面SS2Aから離れることを、防止または抑制することができる。これに伴って、平面視において、制御ゲート電極CGAの側面SS1A側に隣接した部分、または、メモリゲート電極MGAの側面SS2A側に隣接した部分のp型ウェルPW1の上層部の抵抗を低減することができ、制御トランジスタCTAおよびメモリトランジスタMTAを通って流れるオン電流を増加させることができる。
On the other hand, in the first embodiment, when performing the process described with reference to FIGS. 17 and 18, which is a part of step S <b> 11 in FIG. 9, from the direction DR <b> 1 perpendicular to the
なお、本実施の形態1では、例えば領域RS1と領域RS2との間で、ゲート長方向における、n+型半導体領域12aの制御ゲート電極CGA側の端部と、制御ゲート電極CGAの側面SS1Aとの距離が異なる。また、例えば領域RS1と領域RS2との間で、ゲート長方向における、n+型半導体領域12bのメモリゲート電極MGA側の端部と、メモリゲート電極MGAの側面SS2Aとの距離が異なる。しかし、n+型半導体領域12aおよび12bに注入される不純物イオンは拡散しやすいため、n+型半導体領域12aおよび12bについての上記した距離の差異が、制御トランジスタCTAおよびメモリトランジスタMTAを通って流れるオン電流およびオン抵抗に及ぼす影響は、小さい。
In the first embodiment, for example, between the region RS1 and the region RS2, the end on the control gate electrode CGA side of the n +
<本実施の形態の主要な特徴と効果>
本実施の形態1では、スプリットゲート型のメモリセルMCAを備えた半導体装置の製造工程において、半導体基板1上に形成された制御ゲート電極CGAおよびメモリゲート電極MGAをマスクとして、半導体基板1の主面1aに垂直な方向DR1から、n型の不純物イオンを注入する。その後、制御ゲート電極CGA、メモリゲート電極MGA、サイドウォールスペーサSW1AおよびSW2Aをマスクとして、半導体基板1の主面1aに垂直な方向DR1に対して傾斜した方向DR2から、n型の不純物イオンIM5を注入する。
<Main features and effects of the present embodiment>
In the first embodiment, in the manufacturing process of a semiconductor device provided with a split gate type memory cell MCA, the control gate electrode CGA and the memory gate electrode MGA formed on the
これにより、サイドウォールスペーサSW1AおよびSW2Aの側面の表面粗さの影響を、n+型半導体領域12aおよび12bの端部位置に及ぼさないようにすることができる。すなわち、メモリセルMCAにおいて、サイドウォールスペーサSW1AおよびSW2Aの側面が表面粗さを有する場合でも、ゲート長方向におけるn+型半導体領域12aとn+型半導体領域12bとの距離が、局所的に短くなることを防止または抑制することができ、短チャネル効果を抑制することができる。そのため、複数のメモリセルMCAにそれぞれ含まれる複数の制御トランジスタCTAにおける閾値電圧のばらつきを低減することができ、複数のメモリセルMCAにそれぞれ含まれる複数のメモリトランジスタMTAにおける閾値電圧のばらつきを低減することができる。したがって、複数のメモリセルMCAを有する半導体装置において、データを書き込む際に不良が発生することを防止または抑制することができ、半導体装置の性能を向上させることができる。
Thereby, the influence of the surface roughness of the side surfaces of the sidewall spacers SW1A and SW2A can be prevented from affecting the end positions of the n + -
上記した効果に加えて、本実施の形態1は、以下のような効果も有する。 In addition to the effects described above, the first embodiment also has the following effects.
スプリットゲート型のメモリセルMCAの製造工程では、まず、制御ゲート電極CGAが形成され、次に、制御ゲート電極CGAと隣り合うようにメモリゲート電極MGAが形成される。その後、制御ゲート電極CGAのメモリゲート電極MGA側と反対側の側面SS1AにサイドウォールスペーサSW1Aが形成され、メモリゲート電極MGAの制御ゲート電極CGA側と反対側の側面SS2AにサイドウォールスペーサSW2Aが形成される。そのため、側面の表面粗さは、制御ゲート電極CGA、メモリゲート電極MGA、サイドウォールスペーサSW1A、サイドウォールスペーサSW2Aの順で、増加する。よって、例えばサイドウォールスペーサSW2Aの側面の表面粗さは、MISFETQ1のゲート電極GE1の側面に形成されたサイドウォールスペーサSW3AおよびSW3Bの各々の側面の表面粗さよりも大きい。 In the manufacturing process of the split gate type memory cell MCA, first, the control gate electrode CGA is formed, and then the memory gate electrode MGA is formed adjacent to the control gate electrode CGA. Thereafter, a sidewall spacer SW1A is formed on the side surface SS1A of the control gate electrode CGA opposite to the memory gate electrode MGA side, and a sidewall spacer SW2A is formed on the side surface SS2A of the memory gate electrode MGA opposite to the control gate electrode CGA side. Is done. Therefore, the surface roughness of the side surface increases in the order of the control gate electrode CGA, the memory gate electrode MGA, the sidewall spacer SW1A, and the sidewall spacer SW2A. Therefore, for example, the surface roughness of the side surface of the sidewall spacer SW2A is larger than the surface roughness of the side surfaces of the sidewall spacers SW3A and SW3B formed on the side surface of the gate electrode GE1 of the MISFET Q1.
したがって、ゲート幅方向に傾斜した方向から不純物イオンを注入することにより、サイドウォールスペーサの側面の表面粗さの影響を、ソース領域およびドレイン領域の端部位置に及ぼさないという効果は、周辺回路領域1Bよりも、メモリセル領域1Aにおいて大きい。
Therefore, by implanting impurity ions from the direction inclined in the gate width direction, the effect of not exerting the influence of the surface roughness of the side surface of the sidewall spacer on the end positions of the source region and the drain region is It is larger in the
また、好適には、図22および図23に示すように、周辺回路領域1Bにおいてn+型半導体領域12dを形成するために不純物イオンを注入するステップS21と、メモリセル領域1Aにおいてn+型半導体領域12aおよび12bを形成するために不純物イオンを注入するステップS22と、互いに異なる工程として行う。これにより、メモリセル領域1Aでn+型半導体領域12aおよび12bを形成する際に、半導体基板1の主面1aに垂直な方向に対して傾斜した方向から不純物イオンを注入する際の影響を、周辺回路領域1Bで形成されるn+型半導体領域12dおよび12eに及ぼさないようにすることができる。
Further, preferably, as shown in FIGS. 22 and 23, a step S21 of implanting impurity ions to form the n + -
また、図25および図26を用いて説明した2つの方向DR2およびDR3の各々からの不純物イオンの注入のうち、方向DR2からの注入のみを行うようにすれば、製造工程数を低減することができる。そのため、ゲート幅方向に傾斜した方向から不純物イオンを注入することによりスループットが減少する影響を、最小限に抑えることができる。 In addition, among the impurity ions implanted from each of the two directions DR2 and DR3 described with reference to FIGS. 25 and 26, if only the implantation from the direction DR2 is performed, the number of manufacturing steps can be reduced. it can. Therefore, it is possible to minimize the influence of reducing the throughput by implanting impurity ions from the direction inclined in the gate width direction.
なお、本実施の形態1では、スプリットゲート型のメモリセルで、一方向に延在した制御ゲート電極またはメモリゲート電極の側面に形成されたサイドウォールに自己整合してソース領域またはドレイン領域を形成する際に、半導体基板の主面に垂直な方向に対してゲート幅方向に傾斜した方向から不純物イオンを注入する例について説明した。同様に、MISFETまたはフローティング型のメモリセルで、一方向に延在したゲート電極の側面に形成されたサイドウォールに自己整合してソース領域またはドレイン領域を形成する際にも、半導体基板の主面に垂直な方向に対してゲート幅方向に傾斜した方向から不純物イオンを注入することができる。 In the first embodiment, a source region or a drain region is formed in a split gate type memory cell in a self-aligned manner with a control gate electrode extending in one direction or a sidewall formed on a side surface of the memory gate electrode. In this case, the example in which the impurity ions are implanted from the direction inclined in the gate width direction with respect to the direction perpendicular to the main surface of the semiconductor substrate has been described. Similarly, when a source region or a drain region is formed in a self-alignment with a sidewall formed on a side surface of a gate electrode extending in one direction in a MISFET or a floating type memory cell, the main surface of the semiconductor substrate is used. Impurity ions can be implanted from a direction inclined in the gate width direction with respect to a direction perpendicular to the gate width direction.
(実施の形態2)
実施の形態1の半導体装置の製造方法では、メモリセル領域1Aで、n+型半導体領域12aおよび12bを形成する際に、半導体基板1の主面1aに垂直な方向に対して傾斜した方向から不純物イオンを注入した。それに対して、実施の形態2の半導体装置の製造方法では、周辺回路領域1Bで、n+型半導体領域12dおよび12eを形成する際にも、半導体基板1の主面1aに垂直な方向に対して傾斜した方向から不純物イオンを注入する。
(Embodiment 2)
In the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment, when forming n +
なお、本実施の形態2の半導体装置の構造は、実施の形態1の半導体装置の構造と同様である。 The structure of the semiconductor device of the second embodiment is the same as the structure of the semiconductor device of the first embodiment.
<半導体装置の製造工程>
次に、本実施の形態2の半導体装置の製造方法について説明する。図31は、実施の形態2の半導体装置の製造工程の一部を示すプロセスフロー図である。図32、図33、図35、図37および図38は、実施の形態2の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。図34および図36は、実施の形態2の半導体装置の製造工程中の要部平面図である。
<Manufacturing process of semiconductor device>
Next, a method for manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment will be described. FIG. 31 is a process flow diagram showing a part of the manufacturing process of the semiconductor device of Second Embodiment. 32, FIG. 33, FIG. 35, FIG. 37, and FIG. 38 are fragmentary cross-sectional views of the semiconductor device of the second embodiment during the manufacturing steps thereof. 34 and 36 are fragmentary plan views of the semiconductor device of the second embodiment during the manufacturing process.
図31は、図9のステップS13に含まれる工程を示す。図32、図33、図35、図37および図38では、メモリセル領域1Aにおける図2のA−A断面に対応した素子構造と、周辺回路領域1Bにおける図3のB−B断面に対応した素子構造とに加え、周辺回路領域1Cにおける図4のC−C断面に対応した素子構造とを、合わせて図示している。
FIG. 31 shows steps included in step S13 of FIG. 32, FIG. 33, FIG. 35, FIG. 37 and FIG. 38 correspond to the element structure corresponding to the AA cross section of FIG. 2 in the
本実施の形態2では、まず、実施の形態1と同様に、図8のステップS1〜ステップS12を行う。図8のステップS1〜ステップS12が行われた後の半導体装置の要部断面を、図32に示す。 In the second embodiment, first, similarly to the first embodiment, steps S1 to S12 in FIG. 8 are performed. FIG. 32 shows a cross section of the main part of the semiconductor device after steps S1 to S12 of FIG. 8 are performed.
このうち、図8のステップS5では、周辺回路領域1Cでも、周辺回路領域1Bと同様に、p型ウェルPW2上、すなわち半導体基板1の主面1a上に、ゲート絶縁膜GI3を介してゲート電極GE1が形成される。また、図4に示したように、周辺回路領域1Cでは、ゲート電極GE1は、平面視において、活性領域AR3上を通って、X軸方向に延在する。
Among these, in step S5 of FIG. 8, in the
また、図9のステップS11では、周辺回路領域1Cでも、周辺回路領域1Bと同様に、ゲート電極GE1をマスクとして、半導体基板1にn型の不純物イオンが注入される。また、図9のステップS12では、周辺回路領域1Cでも、周辺回路領域1Bと同様に、ゲート電極GE1の側面SS3Aに、絶縁膜13からなるサイドウォールスペーサSW3Aが形成され、ゲート電極GE1の側面SS3Aと反対側の側面SS3Bに、絶縁膜13からなるサイドウォールスペーサSW3Bが形成される。
In step S11 of FIG. 9, in the
次に、図9のステップS13を行って、図33〜図38に示すように、n+型半導体領域12a、12b、12c、12dおよび12eを形成する。このステップS13では、例えばフォトリソグラフィおよびイオン注入法を用いて、p型ウェルPW1およびPW2の上層部に、n+型半導体領域12a、12b、12c、12dおよび12eを形成する。
Next, Step S13 of FIG. 9 is performed to form n +
このステップS13では、まず、図33および図34に示すように、周辺回路領域1Bで、p型ウェルPW2に、不純物イオンを注入する(図31のステップS31)。
In this step S13, first, as shown in FIGS. 33 and 34, impurity ions are implanted into the p-type well PW2 in the
このステップS31では、まず、半導体基板1の主面1a全面を覆うように、レジスト膜RF6を形成する。次に、周辺回路領域1Bで、レジスト膜RF6を除去し、メモリセル領域1Aおよび周辺回路領域1Cで残された部分のレジスト膜RF6からなるレジストパターンRP6を形成する。このとき、メモリセル領域1Aにおけるn−型半導体領域11a、11bおよび11c、ならびに、周辺回路領域1Cにおけるn−型半導体領域11dおよび11eは、レジスト膜RF6に覆われている。
In this step S31, first, a resist film RF6 is formed so as to cover the entire
このステップS31では、次に、メモリセル領域1Aおよび周辺回路領域1Cにおける半導体基板1の主面1aがレジスト膜RF6に覆われた状態で、レジストパターンRP6をマスクとして用いて、例えばヒ素(As)またはリン(P)などのn型の不純物イオンIM6を注入する。このとき、周辺回路領域1Bでは、ゲート電極GE1、ならびに、サイドウォールスペーサSW3AおよびSW3Bをマスクとして、半導体基板1にn型の不純物イオンIM6が注入される。
In this step S31, next, the
これにより、周辺回路領域1Bで、n+型半導体領域12dが、ゲート電極GE1の側面SS3Aに形成されたサイドウォールスペーサSW3Aの側面に自己整合して形成され、n+型半導体領域12eが、ゲート電極GE1の側面SS3Bに形成されたサイドウォールスペーサSW3Bの側面に自己整合して形成される。
Thus, in the
すなわち、周辺回路領域1Bで、n+型半導体領域12dが、サイドウォールスペーサSW3Aを挟んでゲート電極GE1と反対側に位置する部分のp型ウェルPW2の上層部に形成される。また、周辺回路領域1Bで、n+型半導体領域12eが、サイドウォールスペーサSW3Bを挟んでゲート電極GE1と反対側に位置する部分のp型ウェルPW2の上層部に形成される。その後、レジストパターンRP6は、除去される。
That is, in the
好適には、図33および図34に示すように、不純物イオンIM6は、半導体基板1の主面1aに垂直な方向DR1に対してゲート幅方向(Y軸方向)に傾斜した方向DR4から注入される。
Preferably, as shown in FIGS. 33 and 34, impurity ions IM6 are implanted from direction DR4 inclined in the gate width direction (Y-axis direction) with respect to direction DR1 perpendicular to
これにより、周辺回路領域1Bで、サイドウォールスペーサSW3Aの側面が、ゲート長方向(X軸方向)を深さ方向とする表面粗さを有する場合でも、ゲート幅方向(Y軸方向)の各位置の間での、ゲート長方向(X軸方向)におけるn+型半導体領域12dのゲート電極GE1側の端部位置のばらつきを低減することができる。また、周辺回路領域1Bで、サイドウォールスペーサSW3Bの側面が、ゲート長方向(X軸方向)を深さ方向とする表面粗さを有する場合でも、ゲート幅方向(Y軸方向)の各位置の間での、ゲート長方向(X軸方向)におけるn+型半導体領域12eのゲート電極GE1側の端部位置のばらつきを低減することができる。
Thereby, in the
なお、ステップS31は、図10のステップS22と同様に、リン(P)からなる不純物イオンIM6を、半導体基板1の主面1aに垂直な方向DR1に対してゲート幅方向(Y軸方向)に傾斜した方向DR4から注入する工程と、ヒ素(As)からなる不純物イオンを、半導体基板1の主面1aに垂直な方向DR1から注入する工程と、を含んでもよい。
In step S31, as in step S22 of FIG. 10, impurity ions IM6 made of phosphorus (P) are introduced in the gate width direction (Y-axis direction) with respect to the direction DR1 perpendicular to the
さらに好適には、実施の形態1で図24〜図26を用いて説明したのと同様に、互いに異なる2つの方向から不純物イオンを注入することができる。すなわち、図33および図34に示すように、半導体基板1の主面1aに垂直な方向DR1に対してゲート幅方向(Y軸方向)における一方の側に傾斜した方向DR4から注入する工程と、方向DR1に対してゲート幅方向(Y軸方向)における一方の側と反対側に傾斜した方向DR5から注入する工程と、を行うことができる。
More preferably, impurity ions can be implanted from two different directions, as described with reference to FIGS. 24 to 26 in the first embodiment. That is, as shown in FIGS. 33 and 34, the step of implanting from a direction DR4 inclined to one side in the gate width direction (Y-axis direction) with respect to the direction DR1 perpendicular to the
これにより、サイドウォールスペーサSW3Aの側面に形成された凹凸がゲート幅方向(Y軸方向)に垂直な面(XZ面)に対して非対称な形状を有する場合でも、ゲート幅方向の各位置の間での、ゲート長方向(X軸方向)におけるn+型半導体領域12dのゲート電極GE1側の端部位置のばらつきを低減することができる。また、サイドウォールスペーサSW3Bの側面に形成された凹凸がゲート幅方向(Y軸方向)に垂直な面(XZ面)に対して非対称な形状を有する場合でも、ゲート幅方向の各位置の間での、ゲート長方向(X軸方向)におけるn+型半導体領域12eのゲート電極GE1側の端部位置のばらつきを低減することができる。
Thereby, even when the unevenness formed on the side surface of the sidewall spacer SW3A has an asymmetric shape with respect to a plane (XZ plane) perpendicular to the gate width direction (Y-axis direction), The variation in the end position on the gate electrode GE1 side of the n +
なお、方向DR4と方向DR1とのなす角度を、図25を用いて説明した方向DR2と方向DR1とのなす角度θ1と同様にすることができ、方向DR5と方向DR1とのなす角度を、図26を用いて説明した方向DR3と方向DR1とのなす角度θ2と同様にすることができる。 Note that the angle formed between the direction DR4 and the direction DR1 can be made the same as the angle θ1 formed between the direction DR2 and the direction DR1 described with reference to FIG. 25, and the angle formed between the direction DR5 and the direction DR1 is illustrated in FIG. The angle θ2 formed by the direction DR3 and the direction DR1 described with reference to FIG.
このステップS13では、次に、図35および図36に示すように、周辺回路領域1Cで、p型ウェルPW2に、不純物イオンを注入する(図31のステップS32)。
In this step S13, next, as shown in FIGS. 35 and 36, impurity ions are implanted into the p-type well PW2 in the
このステップS32では、まず、半導体基板1の主面1a全面を覆うように、レジスト膜RF7を形成する。次いで、周辺回路領域1Cで、レジスト膜RF7を除去し、メモリセル領域1Aおよび周辺回路領域1Bで残された部分のレジスト膜RF7からなるレジストパターンRP7を形成する。このとき、メモリセル領域1Aにおけるn−型半導体領域11a、11bおよび11c、ならびに、周辺回路領域1Bにおけるn−型半導体領域11dおよび11eならびにn+型半導体領域12dおよび12eは、レジスト膜RF7に覆われている。
In this step S32, first, a resist film RF7 is formed so as to cover the entire
このステップS32では、次に、メモリセル領域1Aおよび周辺回路領域1Bにおける半導体基板1の主面1aがレジスト膜RF7に覆われた状態で、レジストパターンRP7をマスクとして用いて、例えばヒ素(As)またはリン(P)などのn型の不純物イオンIM7を注入する。このとき、周辺回路領域1Cでは、ゲート電極GE1、ならびに、サイドウォールスペーサSW3AおよびSW3Bをマスクとして、半導体基板1にn型の不純物イオンIM7が注入される。
In this step S32, next, with the
これにより、周辺回路領域1Cで、n+型半導体領域12dが、ゲート電極GE1の側面SS3Aに形成されたサイドウォールスペーサSW3Aの側面に自己整合して形成され、n+型半導体領域12eが、ゲート電極GE1の側面SS3Bに形成されたサイドウォールスペーサSW3Bの側面に自己整合して形成される。
Thereby, in the
すなわち、周辺回路領域1Cで、n+型半導体領域12dが、サイドウォールスペーサSW3Aを挟んでゲート電極GE1と反対側に位置する部分のp型ウェルPW2の上層部に形成される。また、周辺回路領域1Cで、n+型半導体領域12eが、サイドウォールスペーサSW3Bを挟んでゲート電極GE1と反対側に位置する部分のp型ウェルPW2の上層部に形成される。その後、レジストパターンRP7は、除去される。
That is, in the
好適には、図35および図36に示すように、不純物イオンIM7は、半導体基板1の主面1aに垂直な方向1に対してゲート幅方向(X軸方向)に傾斜した方向DR6から注入される。
Preferably, as shown in FIGS. 35 and 36, impurity ions IM7 are implanted from direction DR6 inclined in the gate width direction (X-axis direction) with respect to
これにより、周辺回路領域1Cで、サイドウォールスペーサSW3Aの側面が、ゲート長方向(Y軸方向)を深さ方向とする表面粗さを有する場合でも、ゲート幅方向(X軸方向)の各位置の間での、ゲート長方向(Y軸方向)におけるn+型半導体領域12dのゲート電極GE1側の端部位置のばらつきを低減することができる。また、周辺回路領域1Cで、サイドウォールスペーサSW3Bの側面が、ゲート長方向(Y軸方向)を深さ方向とする表面粗さを有する場合でも、ゲート幅方向(X軸方向)の各位置の間での、ゲート長方向(Y軸方向)におけるn+型半導体領域12eのゲート電極GE1側の端部位置のばらつきを低減することができる。
Thereby, in the
なお、ステップS32は、図10のステップS22と同様に、リン(P)からなる不純物イオンIM7を、半導体基板1の主面1aに垂直な方向DR1に対してゲート幅方向(X軸方向)に傾斜した方向DR6から注入する工程と、ヒ素(As)からなる不純物イオンIM7を、半導体基板1の主面1aに垂直な方向DR1から注入する工程と、を含んでもよい。
In step S32, as in step S22 of FIG. 10, impurity ions IM7 made of phosphorus (P) are introduced in the gate width direction (X-axis direction) with respect to the direction DR1 perpendicular to the
さらに好適には、実施の形態1で図24〜図26を用いて説明したのと同様に、互いに異なる2つの方向から不純物イオンを注入することができる。すなわち、図35および図36に示すように、半導体基板1の主面1aに垂直な方向DR1に対してゲート幅方向(X軸方向)における一方の側に傾斜した方向DR6から注入する工程と、方向DR1に対してゲート幅方向(X軸方向)における一方の側と反対側に傾斜した方向DR7から注入する工程と、を行うことができる。
More preferably, impurity ions can be implanted from two different directions, as described with reference to FIGS. 24 to 26 in the first embodiment. That is, as shown in FIGS. 35 and 36, the step of injecting from a direction DR6 inclined to one side in the gate width direction (X-axis direction) with respect to the direction DR1 perpendicular to the
これにより、サイドウォールスペーサSW3Aの側面に形成された凹凸がゲート幅方向(X軸方向)に垂直な面(YZ面)に対して非対称な形状を有する場合でも、ゲート幅方向の各位置の間での、ゲート長方向(Y軸方向)におけるn+型半導体領域12dのゲート電極GE1側の端部位置のばらつきを低減することができる。また、サイドウォールスペーサSW3Bの側面に形成された凹凸がゲート幅方向(X軸方向)に垂直な面(YZ面)に対して非対称な形状を有する場合でも、ゲート幅方向の各位置の間での、ゲート長方向(Y軸方向)におけるn+型半導体領域12eのゲート電極GE1側の端部位置のばらつきを低減することができる。
As a result, even when the unevenness formed on the side surface of the sidewall spacer SW3A has an asymmetric shape with respect to a plane (YZ plane) perpendicular to the gate width direction (X-axis direction), The variation in the end position of the n +
なお、方向DR6と方向DR1とのなす角度を、図25を用いて説明した方向DR2と方向DR1とのなす角度θ1と同様にすることができ、方向DR7と方向DR1とのなす角度を、図26を用いて説明した方向DR3と方向DR1とのなす角度θ2と同様にすることができる。 Note that the angle formed between the direction DR6 and the direction DR1 can be made the same as the angle θ1 formed between the direction DR2 and the direction DR1 described with reference to FIG. 25, and the angle formed between the direction DR7 and the direction DR1 is illustrated in FIG. The angle θ2 formed by the direction DR3 and the direction DR1 described with reference to FIG.
このステップS13では、次に、図10のステップS22と同様の工程を行って、図37に示すように、メモリセル領域1Aで、p型ウェルPW1に、不純物イオンを注入する(図31のステップS33)。
In step S13, next, the same process as step S22 of FIG. 10 is performed, and as shown in FIG. 37, impurity ions are implanted into the p-type well PW1 in the
その後、n−型半導体領域11a、11b、11c、11dおよび11e、ならびに、n+型半導体領域12a、12b、12c、12dおよび12eなどに導入された不純物を活性化するための熱処理である活性化アニールを行う。これにより、図38に示すように、メモリセル領域1Aで、不揮発性メモリとしてのメモリセルMCAおよびMCBが形成され、周辺回路領域1Bおよび1Cの各々で、MISFETQ1が形成される。
Thereafter, activation which is a heat treatment for activating the impurities introduced into the n −
なお、メモリセル領域1Aにおいて不純物イオンを注入する工程、周辺回路領域1Bにおいて不純物イオンを注入する工程、ならびに、周辺回路領域1Cにおいて不純物イオンを注入する工程を、いずれの順番で行ってもよい。
Note that the step of implanting impurity ions in the
その後、実施の形態1と同様に、図9のステップS14〜図9のステップS16を行うことにより、本実施の形態2の半導体装置が製造される。 Thereafter, similarly to the first embodiment, the semiconductor device of the second embodiment is manufactured by performing step S14 in FIG. 9 to step S16 in FIG.
<周辺回路領域におけるn+型半導体領域の端部位置について>
次に、周辺回路領域1Bにおいて、サイドウォールスペーサSW3AおよびSW3Bの各々の側面が、ゲート長方向を深さ方向とする表面粗さを有する場合における、n+型半導体領域12dのゲート電極GE1側の端部位置について、実施の形態1の半導体装置の製造方法と対比しながら説明する。なお、以下では説明は省略するが、周辺回路領域1Cにおいても、同様である。
<Regarding the edge position of the n + type semiconductor region in the peripheral circuit region>
Next, in the
図39は、実施の形態1の半導体装置の製造工程中の要部平面図である。図40は、実施の形態2の半導体装置の製造工程中の要部平面図である。図39および図40は、ゲート電極GE1の周辺を拡大して示している。また、図39では、不純物イオンIM4が注入される領域にハッチングを付し、図40では、不純物イオンIM6が注入される領域にハッチングを付している。 FIG. 39 is a substantial part plan view of the semiconductor device of First Embodiment during a manufacturing step. FIG. 40 is a substantial part plan view of the semiconductor device of Second Embodiment during the manufacturing process thereof. 39 and 40 show the periphery of the gate electrode GE1 in an enlarged manner. In FIG. 39, the region into which the impurity ions IM4 are implanted is hatched, and in FIG. 40, the region into which the impurity ions IM6 are implanted is hatched.
実施の形態1の半導体装置の製造工程では、図9のステップS13に相当する工程の一部であって、図22を用いて説明した工程に相当する工程を行う際に、不純物イオンIM4を、半導体基板1の主面1aに垂直な方向DR1から注入する。
In the manufacturing process of the semiconductor device of the first embodiment, when performing a process corresponding to the process described with reference to FIG. 22 as a part of the process corresponding to step S13 in FIG. Injection is performed from a direction DR1 perpendicular to the
このような場合、図39に示すように、サイドウォールスペーサSW3Aの側面が平坦でなく、ゲート長方向(X軸方向)を深さ方向とする凹部CC3が形成されている場合には、不純物イオンIM4は、平面視において、凹部CC3と重なる部分PR3のp型ウェルPW2、すなわちn−型半導体領域11dにも、注入される。また、サイドウォールスペーサSW3Bの側面が平坦でなく、ゲート長方向(X軸方向)を深さ方向とする凹部CC4が形成されている場合には、不純物イオンIM4は、平面視において、凹部CC4と重なる部分PR4のp型ウェルPW2、すなわちn−型半導体領域11eにも、注入される。
In such a case, as shown in FIG. 39, when the side wall of the sidewall spacer SW3A is not flat and the recess CC3 having the depth direction in the gate length direction (X-axis direction) is formed, the impurity ions IM4 is also injected into the p-type well PW2 of the portion PR3 that overlaps the concave portion CC3 in plan view, that is, the n −
図39に示すように、例えば、ゲート長方向(X軸方向)において、凹部CC3と凹部CC4とが対向し、凸部CV3と凸部CV4とが対向している場合を考える。ここで、凹部CC3と凹部CC4とが対向し、ゲート長が局所的に短くなっている領域を、領域RS3と称し、凸部CV3と凸部CV4とが対向し、ゲート長が局所的に長くなっている領域を、領域RS4と称する。また、領域RS3における、n+型半導体領域12dとn+型半導体領域12eとの間のゲート長方向(X軸方向)における距離を、距離DS3とし、領域RS4における、n+型半導体領域12dとn+型半導体領域12eとの間のゲート長方向(X軸方向)における距離を、距離DS4とする。このような場合、実施の形態1では、距離DS3は、距離DS4よりも小さくなる。
As shown in FIG. 39, for example, a case is considered in which the concave portion CC3 and the concave portion CC4 face each other and the convex portion CV3 and the convex portion CV4 face each other in the gate length direction (X-axis direction). Here, the region where the concave portion CC3 and the concave portion CC4 face each other and the gate length is locally shortened is referred to as a region RS3, the convex portion CV3 and the convex portion CV4 face each other, and the gate length is locally long. This area is referred to as area RS4. In the region RS3, the distance in the gate length direction (X-axis direction) between the n +
一方、本実施の形態2の半導体装置の製造工程では、図33および図34を用いて説明した工程(図31のステップS31)を行う際に、半導体基板1の主面1aに垂直な方向DR1に対してゲート幅方向(Y軸方向)に傾斜した方向DR4から不純物イオンIM6を注入する。
On the other hand, in the manufacturing process of the semiconductor device of the second embodiment, the direction DR1 perpendicular to the
図40に示すように、サイドウォールスペーサSW3Aの側面が平坦でなく、ゲート長方向(X軸方向)を深さ方向とする凹部CC3が形成されている場合には、不純物イオンIM6は、平面視において、凹部CC3と重なる部分PR3のp型ウェルPW2、すなわちn−型半導体領域11dには、注入されない。また、サイドウォールスペーサSW3Bの側面が平坦でなく、ゲート長方向(X軸方向)を深さ方向とする凹部CC4が形成されている場合には、不純物イオンIM6は、平面視において、凹部CC4と重なる部分PR4のp型ウェルPW2、すなわちn−型半導体領域11eには、注入されない。
As shown in FIG. 40, when the side wall of the sidewall spacer SW3A is not flat and the recess CC3 having the depth direction in the gate length direction (X-axis direction) is formed, the impurity ions IM6 are viewed in plan view. In FIG. 8, the p-type well PW2 of the portion PR3 overlapping the recess CC3, that is, the n −
図39と同様に、図40に示すように、ゲート長方向(X軸方向)において、凹部CC3と凹部CC4とが対向し、ゲート長が局所的に短くなっている領域を、領域RS3とし、ゲート長方向(X軸方向)において、凸部CV3と凸部CV4とが対向し、ゲート長が局所的に長くなっている領域を、領域RS4とする。また、領域RS3における、n+型半導体領域12dとn+型半導体領域12eとの間のゲート長方向(X軸方向)における距離を、距離DS3とし、領域RS4における、n+型半導体領域12dとn+型半導体領域12eとの間のゲート長方向(X軸方向)における距離を、距離DS4とする。このような場合、本実施の形態2では、距離DS3を、距離DS4と等しくすることができる。すなわち、本実施の形態2では、周辺回路領域1Bにおいても、ゲート幅方向(Y軸方向)に傾斜した方向DR4から不純物イオンを注入することにより、サイドウォールスペーサSW3AおよびSW3Bの側面の表面粗さの影響を、n+型半導体領域12dおよび12eの端部位置に及ぼさないようにすることができる。
Similarly to FIG. 39, as shown in FIG. 40, in the gate length direction (X-axis direction), the region where the recess CC3 and the recess CC4 face each other and the gate length is locally shortened is defined as region RS3. A region where the convex portion CV3 and the convex portion CV4 face each other in the gate length direction (X-axis direction) and the gate length is locally long is defined as a region RS4. In the region RS3, the distance in the gate length direction (X-axis direction) between the n +
これにより、例えば図40に示した領域RS3など、ゲート長が局所的に短くなっている領域でも、n+型半導体領域12dとn+型半導体領域12eとの距離、すなわち実効的なゲート長が局所的に短くなることを防止または抑制することができる。そのため、MISFETQ1(図38参照)において、実効的なゲート長の短縮に伴ってパンチスルーが発生しやすくなるという短チャネル効果を、抑制することができる。したがって、複数のMISFETQ1の間における閾値電圧のばらつきを低減することができる。
Thereby, for example, even in a region where the gate length is locally shortened, such as the region RS3 shown in FIG. 40, the distance between the n +
また、本実施の形態2では、ステップS13は、平面視において、Y軸方向に延在するゲート電極GE1の両側に位置するp型ウェルPW2に不純物イオンを注入するステップS31と、平面視において、X軸方向に延在するゲート電極GE1の両側に位置するp型ウェルPW2に不純物イオンを注入するステップS32と、を含む。 In the second embodiment, step S13 includes step S31 of implanting impurity ions into the p-type well PW2 located on both sides of the gate electrode GE1 extending in the Y-axis direction in plan view. And step S32 of implanting impurity ions into the p-type well PW2 located on both sides of the gate electrode GE1 extending in the X-axis direction.
ステップS31およびステップS32の各々は、平面視においてゲート電極GE1が延在する方向が異なる複数の領域のそれぞれにおいて、半導体基板1の主面1aに垂直な方向DR1に対してそれぞれの領域におけるゲート幅方向に傾斜した方向から不純物イオンを注入するものである。不純物イオンが注入される領域では、不純物イオンを注入する方向を半導体基板1の主面1aに投影した方向が、ゲート電極GE1が延在する方向に平行である。一方、不純物イオンが注入される領域以外の領域、すなわち、不純物イオンを注入する方向を半導体基板1の主面1aに投影した方向と交差する方向にゲート電極GE1が延在する領域では、半導体基板1の主面1aがレジスト膜で覆われる。
Each of step S31 and step S32 includes a gate width in each region with respect to a direction DR1 perpendicular to
これにより、ある方向に延在するゲート電極GE1が配置された領域と、その方向と交差する方向に延在するゲート電極GE1が配置された領域と、のいずれの領域においても、ゲート長方向におけるn+型半導体領域12dとn+型半導体領域12eとの距離が、局所的に短くなることを防止または抑制することができる。
Thereby, in any region of the region where the gate electrode GE1 extending in a certain direction is arranged and the region where the gate electrode GE1 extending in the direction intersecting with the direction is arranged in the gate length direction. It is possible to prevent or suppress the distance between the n +
<本実施の形態の主要な特徴と効果>
本実施の形態2でも、実施の形態1と同様に、スプリットゲート型のメモリセルMCAを備えた半導体装置の製造工程において、半導体基板1上に形成された制御ゲート電極CGAおよびメモリゲート電極MGAをマスクとして、半導体基板1の主面1aに垂直な方向DR1から、n型の不純物イオンを注入する。その後、制御ゲート電極CGA、メモリゲート電極MGA、サイドウォールスペーサSW1AおよびSW2Aをマスクとして、半導体基板1の主面1aに垂直な方向DR1に対して傾斜した方向DR2から、n型の不純物イオンIM5を注入する。
<Main features and effects of the present embodiment>
In the second embodiment, as in the first embodiment, the control gate electrode CGA and the memory gate electrode MGA formed on the
これにより、メモリセルMCAにおいて、ゲート長方向におけるn+型半導体領域12aとn+型半導体領域12bとの距離が、局所的に短くなることを防止または抑制することができるなど、実施の形態1と同様の効果を有する。
Thereby, in the memory cell MCA, the distance between the n +
一方、本実施の形態2では、実施の形態1と異なり、周辺回路領域1Bにおいても、ゲート電極GE1、ならびに、サイドウォールスペーサSW3AおよびSW3Bをマスクとして、半導体基板1の主面1aに垂直な方向DR1に対してゲート幅方向に傾斜した方向DR4から、n型の不純物イオンIM6を注入する。
On the other hand, in the second embodiment, unlike the first embodiment, also in the
これにより、サイドウォールスペーサSW3AおよびSW3Bの側面の表面粗さの影響を、n+型半導体領域12dおよび12eの端部位置に及ぼさないようにすることができる。すなわち、MISFETQ1において、サイドウォールスペーサSW3AおよびSW3Bの側面が表面粗さを有する場合でも、ゲート長方向におけるn+型半導体領域12dとn+型半導体領域12eとの間の距離が、局所的に短くなることを防止または抑制することができ、短チャネル効果を抑制することができる。そのため、周辺回路領域1Bに形成された複数のMISFETQ1における閾値電圧のばらつきを低減することができる。
Thereby, the influence of the surface roughness of the side surfaces of the sidewall spacers SW3A and SW3B can be prevented from affecting the end positions of the n +
なお、本実施の形態2では、MISFETで、ゲート電極の側面に形成されたサイドウォールに自己整合してソース領域またはドレイン領域を形成する際に、半導体基板の主面に垂直な方向に対してゲート幅方向に傾斜した方向から不純物イオンを注入する例について説明した。同様に、MISFETと類似した構造を有するフローティング型のメモリセルで、ゲート電極の側面に形成されたサイドウォールに自己整合してソース領域またはドレイン領域を形成する際にも、半導体基板の主面に垂直な方向に対してゲート幅方向に傾斜した方向から不純物イオンを注入することができる。 In the second embodiment, when the source region or the drain region is formed by self-alignment with the sidewall formed on the side surface of the gate electrode in the MISFET, the direction perpendicular to the main surface of the semiconductor substrate is used. An example in which impurity ions are implanted from a direction inclined in the gate width direction has been described. Similarly, when a source region or a drain region is formed in a floating memory cell having a structure similar to that of a MISFET and is self-aligned with a sidewall formed on the side surface of the gate electrode, the main surface of the semiconductor substrate is also formed. Impurity ions can be implanted from a direction inclined in the gate width direction with respect to the vertical direction.
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。 As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.
1 半導体基板
1a 主面
1A メモリセル領域
1B、1C 周辺回路領域
2 素子分離膜
3、5、13、15 絶縁膜
4、6 導電膜
5a、5c 酸化シリコン膜
5b 窒化シリコン膜
11a〜11e n−型半導体領域
12a〜12e n+型半導体領域
14 金属シリサイド層
16 層間絶縁膜
AR1〜AR3 活性領域
CC1〜CC4 凹部
CGA、CGB 制御ゲート電極
CHP 素子領域
CTA、CTB 制御トランジスタ
CV1〜CV4 凸部
DR1〜DR7 方向
DS1〜DS4 距離
GE1 ゲート電極
GI1A、GI1B、GI2A、GI2B、GI3 ゲート絶縁膜
IM1〜IM8 不純物イオン
IR1、IR2 素子分離領域
MCA、MCB メモリセル
MD、MS 半導体領域
MGA、MGB メモリゲート電極
MTA、MTB メモリトランジスタ
OP1、OP2、OP2A、OP2B 開口部
PG1〜PG3 プラグ
PR1〜PR4 部分
PW1、PW2 p型ウェル
Q1 MISFET
RF1〜RF7 レジスト膜
RP1〜RP7 レジストパターン
RS1〜RS4 領域
SP1 スペーサ
SS0A、SS0B、SS1A、SS1B 側面
SS2A、SS2B、SS3A、SS3B 側面
SW1A、SW1B、SW2A、SW2B サイドウォールスペーサ
SW3A、SW3B サイドウォールスペーサ
Vb、Vcg、Vd、Vmg、Vs 電圧
DESCRIPTION OF
RF1-RF7 resist film RP1-RP7 resist pattern RS1-RS4 region SP1 spacer SS0A, SS0B, SS1A, SS1B side surface SS2A, SS2B, SS3A, SS3B side surface SW1A, SW1B, SW2A, SW2B side wall spacer SW3A, SW3B side wall spacer Vb, Vcg, Vd, Vmg, Vs Voltage
Claims (13)
(b)前記半導体基板の第1主面上に、平面視において第3方向に延在するように、第1ゲート絶縁膜を介して第1ゲート電極を形成する工程、
(c)前記半導体基板の前記第1主面、および、前記第1ゲート電極の表面に、内部に電荷蓄積部を有する第1絶縁膜を形成する工程、
(d)前記第1絶縁膜上に、第1導電膜を形成する工程、
(e)前記第1導電膜をエッチバックすることにより、平面視において前記第3方向と直交する第4方向における前記第1ゲート電極の第1側面に前記第1絶縁膜を介して前記第1導電膜を残して、前記第3方向に延在する第2ゲート電極を形成する工程、
(f)前記第2ゲート電極で覆われていない部分の前記第1絶縁膜を除去し、前記第2ゲート電極と前記半導体基板との間、および、前記第1ゲート電極と前記第2ゲート電極との間に、前記第1絶縁膜を残す工程、
(g)前記(f)工程の後、前記第1ゲート電極および前記第2ゲート電極をマスクとして、前記半導体基板に、前記半導体基板の前記第1主面に垂直な第1方向から第1導電型の第1不純物イオンを注入する工程、
(h)前記(g)工程の後、前記第1ゲート電極の前記第1側面と反対側の第2側面に、第2絶縁膜からなる第1サイドウォールスペーサを形成し、前記第2ゲート電極の前記第1ゲート電極側と反対側の第3側面に、第3絶縁膜からなる第2サイドウォールスペーサを形成する工程、
(i)前記第1ゲート電極、前記第2ゲート電極、前記第1サイドウォールスペーサおよび前記第2サイドウォールスペーサをマスクとして、前記半導体基板に、リンからなる第2不純物イオンを、前記第1方向に対して前記第3方向に傾斜した第2方向から注入し、ヒ素からなる第3不純物イオンを、前記第1方向から注入する工程、
を有する、半導体装置の製造方法。 (A) preparing a semiconductor substrate;
(B) forming a first gate electrode on the first main surface of the semiconductor substrate through a first gate insulating film so as to extend in a third direction in plan view;
(C) forming a first insulating film having a charge storage portion therein on the first main surface of the semiconductor substrate and the surface of the first gate electrode;
(D) forming a first conductive film on the first insulating film;
(E) By etching back the first conductive film, the first side surface of the first gate electrode in the fourth direction orthogonal to the third direction in plan view is interposed between the first insulating film and the first insulating film. Forming a second gate electrode extending in the third direction, leaving a conductive film;
(F) removing the portion of the first insulating film not covered with the second gate electrode, between the second gate electrode and the semiconductor substrate, and between the first gate electrode and the second gate electrode; Leaving the first insulating film between,
(G) After the step (f), using the first gate electrode and the second gate electrode as a mask, the first conductivity from the first direction perpendicular to the first main surface of the semiconductor substrate to the semiconductor substrate. Implanting first impurity ions of the mold;
(H) After the step (g), a first sidewall spacer made of a second insulating film is formed on the second side surface of the first gate electrode opposite to the first side surface, and the second gate electrode Forming a second sidewall spacer made of a third insulating film on the third side surface opposite to the first gate electrode side,
(I) said first gate electrode, the second gate electrode, said first sidewall spacer and said second sidewall spacer as a mask, the semiconductor substrate, the second impurity ion Ru phosphorus Tona, the first Implanting from a second direction inclined in the third direction with respect to the direction, and implanting third impurity ions made of arsenic from the first direction;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記(i)工程は、
(i1)前記第1方向に対して前記第3方向における第2の側に傾斜した前記第2方向から前記第2不純物イオンを注入する工程、
(i2)前記第1方向に対して前記第3方向における前記第2の側と反対側に傾斜した第5方向から前記第2不純物イオンを注入する工程、
を含む、半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
The step (i)
(I1) Injecting the second impurity ions from the second direction inclined to the second side in the third direction with respect to the first direction;
(I2) implanting the second impurity ions from a fifth direction inclined to the opposite side to the second side in the third direction with respect to the first direction;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記(b)工程では、前記半導体基板の前記第1主面の第1領域で、前記第1ゲート電極を形成し、
前記(c)工程では、前記第1領域で、前記第1絶縁膜を形成し、
前記(g)工程では、前記第1領域で、前記第1不純物イオンを注入し、
前記(i)工程では、前記第1領域で、前記第2不純物イオンを注入し、
前記半導体装置の製造方法は、さらに、
(j)前記半導体基板の前記第1主面の第2領域で、前記半導体基板の前記第1主面上に、第2ゲート絶縁膜を介して第3ゲート電極を形成する工程、
(k)前記第2領域で、前記第3ゲート電極をマスクとして、前記半導体基板に第2導電型の第4不純物イオンを注入する工程、
(l)前記(k)工程の後、前記第3ゲート電極の第4側面に、第4絶縁膜からなる第3サイドウォールスペーサを形成し、前記第3ゲート電極の前記第4側面と反対側の第5側面に、第5絶縁膜からなる第4サイドウォールスペーサを形成する工程、
(m)前記第2領域で、前記第3ゲート電極、前記第3サイドウォールスペーサおよび前記第4サイドウォールスペーサをマスクとして、前記半導体基板に前記第2導電型の第5不純物イオンを注入する工程、
を有し、
前記(k)工程では、前記第1方向から前記第4不純物イオンを注入する、半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
In the step (b), the first gate electrode is formed in the first region of the first main surface of the semiconductor substrate,
In the step (c), the first insulating film is formed in the first region,
In the step (g), the first impurity ions are implanted in the first region,
In the step (i), the second impurity ions are implanted in the first region,
The method for manufacturing the semiconductor device further includes:
(J) forming a third gate electrode on the first main surface of the semiconductor substrate in the second region of the first main surface of the semiconductor substrate via a second gate insulating film;
(K) In the second region, using the third gate electrode as a mask, implanting fourth impurity ions of a second conductivity type into the semiconductor substrate;
(L) After the step (k), a third sidewall spacer made of a fourth insulating film is formed on the fourth side surface of the third gate electrode, and the side opposite to the fourth side surface of the third gate electrode. Forming a fourth sidewall spacer made of a fifth insulating film on the fifth side surface of
(M) In the second region, using the third gate electrode, the third sidewall spacer, and the fourth sidewall spacer as a mask, implanting fifth impurity ions of the second conductivity type into the semiconductor substrate. ,
Have
In the step (k), the fourth impurity ions are implanted from the first direction.
前記(m)工程では、前記第1方向から前記第5不純物イオンを注入する、半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 3,
In the step (m), the fifth impurity ions are implanted from the first direction.
前記(j)工程では、平面視において第6方向に延在する前記第3ゲート電極を形成し、
前記(m)工程では、前記第1方向に対して前記第6方向に傾斜した第7方向から前記第5不純物イオンを注入する、半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 3,
In the step (j), the third gate electrode extending in the sixth direction in plan view is formed,
In the step (m), the fifth impurity ions are implanted from a seventh direction inclined in the sixth direction with respect to the first direction.
前記(m)工程は、
(m1)前記第1方向に対して前記第6方向における第3の側に傾斜した前記第7方向から前記第5不純物イオンを注入する工程、
(m2)前記第1方向に対して前記第6方向における前記第3の側と反対側に傾斜した第8方向から前記第5不純物イオンを注入する工程、
を含む、半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 5,
The step (m)
(M1) implanting the fifth impurity ions from the seventh direction inclined to the third side in the sixth direction with respect to the first direction;
(M2) implanting the fifth impurity ions from an eighth direction inclined to the opposite side to the third side in the sixth direction with respect to the first direction;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
(n)前記半導体基板の前記第1主面の第3領域で、前記半導体基板の前記第1主面上に、第3ゲート絶縁膜を介して第4ゲート電極を形成する工程、
(o)前記第3領域で、前記第4ゲート電極をマスクとして、前記半導体基板に第3導電型の第6不純物イオンを注入する工程、
(p)前記(o)工程の後、前記第4ゲート電極の第6側面に、第6絶縁膜からなる第5サイドウォールスペーサを形成し、前記第4ゲート電極の前記第6側面と反対側の第7側面に、第7絶縁膜からなる第6サイドウォールスペーサを形成する工程、
(q)前記第3領域で、前記第4ゲート電極、前記第5サイドウォールスペーサおよび前記第6サイドウォールスペーサをマスクとして、前記半導体基板に前記第3導電型の第7不純物イオンを注入する工程、
を有し、
前記(n)工程では、平面視において前記第6方向と交差する第9方向に延在する前記第4ゲート電極を形成し、
前記(m)工程は、
(m3)前記(p)工程の後、前記第3領域で、前記半導体基板の前記第1主面を覆うように、第1マスク膜を形成する工程、
(m4)前記第3領域における前記半導体基板の前記第1主面が前記第1マスク膜に覆われた状態で、前記第2領域で、前記第3ゲート電極、前記第3サイドウォールスペーサおよび前記第4サイドウォールスペーサをマスクとして、前記半導体基板に前記第5不純物イオンを注入する工程、
を含み、
前記(q)工程は、
(q1)前記(l)工程の後、前記第2領域で、前記半導体基板の前記第1主面を覆うように、第2マスク膜を形成する工程、
(q2)前記第2領域における前記半導体基板の前記第1主面が前記第2マスク膜に覆われた状態で、前記第3領域で、前記第4ゲート電極、前記第5サイドウォールスペーサおよび前記第6サイドウォールスペーサをマスクとして、前記半導体基板に前記第7不純物イオンを注入する工程、
を含み、
前記(q2)工程では、前記第1方向に対して前記第9方向に傾斜した第10方向から前記第7不純物イオンを注入する、半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 5,
(N) forming a fourth gate electrode on the first main surface of the semiconductor substrate in a third region of the first main surface of the semiconductor substrate via a third gate insulating film;
(O) In the third region, using the fourth gate electrode as a mask, implanting sixth impurity ions of a third conductivity type into the semiconductor substrate;
(P) After the step (o), a fifth sidewall spacer made of a sixth insulating film is formed on the sixth side surface of the fourth gate electrode, and the side opposite to the sixth side surface of the fourth gate electrode. Forming a sixth sidewall spacer made of a seventh insulating film on the seventh side surface of
(Q) Implanting the third conductivity type seventh impurity ions into the semiconductor substrate in the third region using the fourth gate electrode, the fifth sidewall spacer, and the sixth sidewall spacer as a mask. ,
Have
In the step (n), the fourth gate electrode extending in a ninth direction intersecting the sixth direction in plan view is formed,
The step (m)
(M3) A step of forming a first mask film so as to cover the first main surface of the semiconductor substrate in the third region after the step (p),
(M4) In the state where the first main surface of the semiconductor substrate in the third region is covered with the first mask film, in the second region, the third gate electrode, the third sidewall spacer, and the Implanting the fifth impurity ions into the semiconductor substrate using a fourth sidewall spacer as a mask;
Including
The step (q)
(Q1) After the step (l), a step of forming a second mask film so as to cover the first main surface of the semiconductor substrate in the second region.
(Q2) In the state where the first main surface of the semiconductor substrate in the second region is covered with the second mask film, in the third region, the fourth gate electrode, the fifth sidewall spacer, and the Implanting the seventh impurity ions into the semiconductor substrate using a sixth sidewall spacer as a mask;
Including
In the step (q2), the seventh impurity ions are implanted from a tenth direction inclined in the ninth direction with respect to the first direction.
前記(q2)工程は、
(q3)前記第1方向に対して前記第9方向における第4の側に傾斜した前記第10方向から前記第7不純物イオンを注入する工程、
(q4)前記第1方向に対して前記第9方向における前記第4の側と反対側に傾斜した第11方向から前記第7不純物イオンを注入する工程、
を含む、半導体装置の製造方法。 The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7.
The step (q2)
(Q3) implanting the seventh impurity ions from the tenth direction inclined to the fourth side in the ninth direction with respect to the first direction;
(Q4) implanting the seventh impurity ions from an eleventh direction inclined to the opposite side to the fourth side in the ninth direction with respect to the first direction;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記(a)工程では、前記第1主面に形成された、前記第1導電型とは反対の第4導電型の第1半導体領域を有する前記半導体基板を用意し、
前記(b)工程では、前記第1半導体領域上に、前記第1ゲート絶縁膜を介して前記第1ゲート電極を形成し、
前記(g)工程では、前記第1ゲート電極を挟んで前記第2ゲート電極と反対側に位置する部分の前記第1半導体領域の上層部に、前記第1導電型の第2半導体領域を形成し、前記第2ゲート電極を挟んで前記第1ゲート電極と反対側に位置する部分の前記第1半導体領域の上層部に、前記第1導電型の第3半導体領域を形成し、
前記(i)工程では、前記第1サイドウォールスペーサを挟んで前記第1ゲート電極と反対側に位置する部分の前記第1半導体領域の上層部に、前記第1導電型の第4半導体領域を形成し、前記第2サイドウォールスペーサを挟んで前記第2ゲート電極と反対側に位置する部分の前記第1半導体領域の上層部に、前記第1導電型の第5半導体領域を形成し、
前記第4半導体領域は、前記第2半導体領域に接触し、
前記第5半導体領域は、前記第3半導体領域に接触し、
前記第4半導体領域における前記第1導電型の不純物濃度は、前記第2半導体領域における前記第1導電型の不純物濃度よりも高く、
前記第5半導体領域における前記第1導電型の不純物濃度は、前記第3半導体領域における前記第1導電型の不純物濃度よりも高い、半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
In the step (a), the semiconductor substrate having the first semiconductor region of the fourth conductivity type opposite to the first conductivity type formed on the first main surface is prepared,
In the step (b), the first gate electrode is formed on the first semiconductor region via the first gate insulating film,
In the step (g), the second semiconductor region of the first conductivity type is formed in the upper layer portion of the first semiconductor region at a portion opposite to the second gate electrode across the first gate electrode. Forming a third semiconductor region of the first conductivity type in an upper layer portion of the first semiconductor region located on the opposite side of the first gate electrode across the second gate electrode;
In the step (i), the fourth semiconductor region of the first conductivity type is formed on the upper layer portion of the first semiconductor region at a portion opposite to the first gate electrode across the first sidewall spacer. Forming a fifth semiconductor region of the first conductivity type in an upper layer portion of the first semiconductor region located on the opposite side of the second gate electrode across the second sidewall spacer;
The fourth semiconductor region is in contact with the second semiconductor region;
The fifth semiconductor region is in contact with the third semiconductor region;
The impurity concentration of the first conductivity type in the fourth semiconductor region is higher than the impurity concentration of the first conductivity type in the second semiconductor region,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein an impurity concentration of the first conductivity type in the fifth semiconductor region is higher than an impurity concentration of the first conductivity type in the third semiconductor region.
前記(a)工程では、前記第2領域で前記第1主面に形成された、前記第2導電型とは反対の第5導電型の第6半導体領域を有する前記半導体基板を用意し、
前記(j)工程では、前記第6半導体領域上に、前記第2ゲート絶縁膜を介して前記第3ゲート電極を形成し、
前記(k)工程では、前記第3ゲート電極の第5の側に位置する部分の前記第6半導体領域の上層部に、前記第2導電型の第7半導体領域を形成し、前記第3ゲート電極の前記第5の側と反対側に位置する部分の前記第6半導体領域の上層部に、前記第2導電型の第8半導体領域を形成し、
前記(m)工程では、前記第3サイドウォールスペーサを挟んで前記第3ゲート電極と反対側に位置する部分の前記第6半導体領域の上層部に、前記第2導電型の第9半導体領域を形成し、前記第4サイドウォールスペーサを挟んで前記第3ゲート電極と反対側に位置する部分の前記第6半導体領域の上層部に、前記第2導電型の第10半導体領域を形成し、
前記第9半導体領域は、前記第7半導体領域に接触し、
前記第10半導体領域は、前記第8半導体領域に接触し、
前記第9半導体領域における前記第2導電型の不純物濃度は、前記第7半導体領域における前記第2導電型の不純物濃度よりも高く、
前記第10半導体領域における前記第2導電型の不純物濃度は、前記第8半導体領域における前記第2導電型の不純物濃度よりも高い、半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 3,
In the step (a), the semiconductor substrate having a sixth semiconductor region of a fifth conductivity type opposite to the second conductivity type formed on the first main surface in the second region is prepared,
In the step (j), the third gate electrode is formed on the sixth semiconductor region via the second gate insulating film,
In the step (k), a seventh semiconductor region of the second conductivity type is formed in an upper layer portion of the sixth semiconductor region in a portion located on the fifth side of the third gate electrode, and the third gate is formed. Forming an eighth semiconductor region of the second conductivity type in an upper layer portion of the sixth semiconductor region in a portion located on the opposite side to the fifth side of the electrode;
In the step (m), the ninth semiconductor region of the second conductivity type is formed on the upper layer portion of the sixth semiconductor region located on the opposite side of the third gate electrode across the third sidewall spacer. Forming a tenth semiconductor region of the second conductivity type in an upper layer portion of the sixth semiconductor region located on the opposite side of the third gate electrode across the fourth sidewall spacer;
The ninth semiconductor region is in contact with the seventh semiconductor region;
The tenth semiconductor region is in contact with the eighth semiconductor region;
The impurity concentration of the second conductivity type in the ninth semiconductor region is higher than the impurity concentration of the second conductivity type in the seventh semiconductor region,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein an impurity concentration of the second conductivity type in the tenth semiconductor region is higher than an impurity concentration of the second conductivity type in the eighth semiconductor region.
前記(f)工程では、前記第2ゲート電極と前記半導体基板との間、および、前記第1ゲート電極と前記第2ゲート電極との間に残された部分の前記第1絶縁膜からなる第4ゲート絶縁膜を形成する、半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
In the step (f), the first insulating film is formed of the portion of the first insulating film remaining between the second gate electrode and the semiconductor substrate and between the first gate electrode and the second gate electrode. A method for manufacturing a semiconductor device, wherein a four-gate insulating film is formed.
前記第1絶縁膜は、第1酸化シリコン膜と、前記第1酸化シリコン膜上の第1窒化シリコン膜と、前記第1窒化シリコン膜上の第2酸化シリコン膜と、を含み、
前記(c)工程は、
(c1)前記半導体基板の前記第1主面、および、前記第1ゲート電極の表面に、前記第1酸化シリコン膜を形成する工程、
(c2)前記第1酸化シリコン膜上に、前記第1窒化シリコン膜を形成する工程、
(c3)前記第1窒化シリコン膜上に、前記第2酸化シリコン膜を形成する工程、
を含む、半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
The first insulating film includes a first silicon oxide film, a first silicon nitride film on the first silicon oxide film, and a second silicon oxide film on the first silicon nitride film,
The step (c)
(C1) forming the first silicon oxide film on the first main surface of the semiconductor substrate and the surface of the first gate electrode;
(C2) forming the first silicon nitride film on the first silicon oxide film;
(C3) forming the second silicon oxide film on the first silicon nitride film;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記半導体装置は、不揮発性メモリを有し、
前記不揮発性メモリは、前記第1ゲート電極と前記第2ゲート電極とにより形成される、半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
The semiconductor device has a nonvolatile memory,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the nonvolatile memory is formed by the first gate electrode and the second gate electrode.
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